INSTITUTO TECNOLGICO DE PUEBLA.

INSTITUTO TECNOLGICO DE PUEBLA.TALLER DE INVESTIGACIN I

PROTOCOLO DE INVESTIGACIN. APROVECHAMIENTO DE ENERGA ELICA EN EL ITP, PALAPAS DEL EDIFICIO 51.

Enrique Daz Maldonado

OBJETIVO GENERAL Disear un aerogenerador de baja potencia para la obtencin de energa elctrica, que produzca como mnimo 100 Vatios (watts), para ser utilizados en una lmpara de la parte posterior (palapas) al edificio de Ingeniera Mecnica en el ITPue.OBJETIVO ESPECIFICO Proporcionar una visin del desarrollo de las distintas tecnologas involucradas en la generacin elica. Proporcionar la energa mecnica rotacional en energa elctrica mediante un alternador, que permita abastecer el consumo de dicha lmpara. Concientizar a terceros en la aplicacin de energas limpias e implementar tecnologas para ser sustentables da a da.

PLATEAMIENTO DEL PROBLEMAEn el contexto de este reporte, se ha construido un prototipo de aerogenerador de eje horizontal, de tamao pequeo para su estudio simulado en Solid Works.A nivel de costo se busca que presente ventajas respecto a generadores comerciales de similar capacidad, pero, no pretende dar soluciones de mayor relevancia o competir con las inmensas torres y granjas elicas que otorgan su energa a sistemas interconectados de un pas.Se busca abastecer pequeos y medianos consumos en zonas aisladas que tienen un potencial elico apreciable. Por este motivo, el prototipo es considerado de pequea escala y no conectado a una red alterna monofsica o trifsica. La aplicacin se orienta a utilizar la energa elica presente en las zonas aisladas de edificios con los que cuenta nuestro tecnolgico.No se pretende determinar el comportamiento del aerogenerador al modificar sus parmetros estructurales tales como dimensiones del rotor o perfil alar.MARCO TERICOHistoria de los Aerogeneradores Un molino es unamquina que transforma el viento en energa aprovechable, que proviene de la accin de la fuerza del viento sobre unas aspas oblicuas unidas a un eje comn. El eje giratorio puede conectarse a varios tipos de maquinaria para moler grano, bombear agua o generar electricidad. Cuando el eje se conecta a una carga, como una bomba, recibe el nombre de molino de viento. Si se usa para producir electricidad se le denomina generador de turbina de viento. Los molinos tienen un origen remoto.La referencia ms antigua que se tiene es un molino de viento que fue usado para hacer funcionar un rgano en el siglo I a.C. era comn. Los primeros molinos de uso prctico fueron construidos en Sistan, Afganistn, en el siglo VII. Estos fueron molinos de eje vertical con hojas rectangulares. Aparatos hechos de 6 a 8 velas de molino cubiertos con telas fueron usados para moler cereales o extraer agua.En Europa los primeros molinos aparecieron en el siglo XII en Francia e Inglaterra y se distribuyeron por todo el continente. Eran unas estructuras de madera, conocidas como torres de molino, que se hacan girar a mano alrededor de un poste central para levantar sus aspas al viento. El molino de torre se desarroll en Francia a lo largo del siglo XIV. Consista en una torre de piedra coronada por una estructura rotativa de madera que soportaba el eje del molino y la maquinaria superior del mismo.Estos primeros ejemplares tenan una serie de caractersticas comunes. De la parte superior del molino sobresala un eje horizontal. De este eje partan de cuatro a ocho aspas, con una longitud entre 3 y 9 metros. Las vigas de madera se cubran con telas o planchas de madera. La energa generada por el giro del eje se transmita, a travs de un sistema de engranajes, a la maquinaria del molino emplazada en la base de la estructura. Los molinos de eje horizontal fueron usados extensamente en Europa Occidental para moler trigo desde 1180 en adelante. Todava existen molinos de esa clase, por ejemplo, en Holanda y como se puede observar en la figura 1, y figura 2 los cuales son los pioneros en la construccin de nuevos molinos.

Figura 1: Molino holands.

Figura 2: Molino manchego.Molinos de bombeoEn Estados Unidos, el desarrollo de molinos de bombeo, mostrado en la figura 3., reconocibles por sus mltiples velas metlicas, fue el factor principal que permiti la agricultura y la ganadera en vastas reas de Norteamrica, de otra manera imposible sin acceso fcil al agua. Estos molinos contribuyeron a la expansin del ferrocarril alrededor del mundo, supliendo las necesidades de agua de las locomotoras a vapor.

Figura 3: Molino de bombeo.Turbinas modernasLas turbinas modernas fueron desarrolladas a comienzos de 1980, como se puede ver en la figura 4, si bien, los diseos continan en desarrollo. La industria de la energa elica en tiempos modernos comenz en 1979 con la produccin en serie de turbinas de viento por los fabricantes Kuriant, Vestas, Nordtank, y Bonus. Aquellas turbinas eran pequeas para los estndares actuales, con capacidades de 20 a 30 kW cada una. Desde entonces, la talla de las turbinas ha crecido enormemente, y la produccin se ha expandido a muchos pases.

Figura 4: Diseo actual de la mayora de aerogeneradores.

La fuente de energa elica es el viento, o mejor dicho, la energa mecnica que, en forma de energa cintica transporta el aire en movimiento. El viento es originado por el desigual calentamiento de la superficie de nuestro planeta, originando movimientos convectivos (forma de propagacin del calor de los lquidos y gases) de la masa atmosfrica.La Tierra recibe una gran cantidad de energa procedente del Sol. Esta energa, en lugares favorables, puede ser del orden de 2.000 KW*h/m2 anuales. El 2%de ella se transforma en energa elica con un valor capaz de dar una potencia de 10E+11 Giga vatios.En la antigedad no se conocan estos datos, pero lo que s es cierto, es que intuitivamente conocan el gran potencial de esta energa.Las formas de mayor utilizacin son las de producir energa elctrica y mecnica, bien sea para autoabastecimiento de electricidad o bombeo de agua. Partes de un aerogenerador:Cimientos, generalmente constituidos por hormign en tierra, sobre el cual se atornilla la torre del aerogenerador.Torre, fijada al suelo por los cimientos, proporciona la altura suficiente para evitar turbulencias y superar obstculos cercanos; la torre y los cimientos son los encargados de transmitir las cargas al suelo.Chasis, es el soporte donde se encuentra el generador, sistema de frenado, sistema de orientacin, equipos auxiliares (hidrulico), caja de cambio, etc. Protege a estos equipos del ambiente y sirve, a su vez, de aislante acstico.El buje, pieza metlica de fundicin que conecta las palas al eje de transmisin.Las palas, cuya misin es la de absorber energa del viento; el rendimiento del aerogenerador depende de la geometra de las palas, interviniendo varios factores:Sistemas de un aerogenerador:Orientacin (veleta), mantiene el rotor cara al viento, minimizando los cambios de direccin del rotor con los cambios de direccin de viento; Estos cambios de direccin provocan prdidas de rendimiento y genera grandes esfuerzos con los cambios de velocidad.Regulacin, controla la velocidad del rotor y el par motor en el eje del rotor, evitando fluctuaciones producidas por la velocidad del viento.Transmisin, utilizados para aumentar la velocidad de giro del rotor, para poder accionar un generador de corriente elctrica, es un multiplicador, colocado entre el rotor y el generador.Generador, para la produccin de corriente continua (DC) dinamo y para la produccin de corriente alterna (AC) alternador, este puede ser sncrono o asncrono.*Las Aspas: El aire pasa sobre la parte superior del aspa ms rpido que sobre las parte inferior. La velocidad ms alta sobre el aspa provoca un ascenso o tirn hacia arriba que la hace girar sobre el eje que conecta al generador. Este principio es el que mantiene las aves y aeroplanos en vuelo.

*Un generador de Electricidad: El movimiento rotacional se transfiere directamente a travs del eje al generador, de esta forma se induce una corriente elctrica.

*El coste de la unidad de energa producida en instalaciones elicas se deduce de un clculo bastante complejo. Para su evaluacin se deben tener en cuenta diversos factores, entre los cuales cabe destacar: El coste inicial o inversin inicial, el costo del aerogenerador incide en aproximadamente el 60 a 70%. El costo medio de una central elica es de 1.000 Euros por kW de potencia instalada, variable desde 1250 /kW para mquinas con una unos 147 kW de potencia, hasta 880 /kW para mquinas de 600 kW; Debe considerarse la vida til de la instalacin (aproximadamente 20 aos) y la amortizacin de este costo; Los costos financieros; Los costos de operacin y mantenimiento (variables entre el 1 y el 3% de la inversin); La energa global producida en un perodo de un ao. Esta es funcin de las caractersticas del aerogenerador y de las caractersticas del viento en el lugar donde se ha instalado.

*Los aerogeneradores pueden producir energa elctrica de dos formas: en conexin directa a la red de distribucin convencional o de forma aislada: Las aplicaciones aisladas por medio de pequea o mediana potencia se utilizan para usos domsticos o agrcolas (iluminacin, pequeos electrodomsticos, bombeo, etc.), Incluso en instalaciones Industriales para desalacin, repetidores aislados de telefona, TV, instalaciones tursticas y deportivas, etc. Los sistemas ms desarrollados y rentables consisten en agrupaciones de varias mquinas elicas cuyo objetivo es verter energa elctrica a la red. Dichos sistemas se denominan parques elicos. La energa elica por sus condiciones de produccin caprichosa est limitada en porcentaje al total de energa elctrica. Se considera que el grado de penetracin de la energa elica en grandes redes de distribucin elctrica puede alcanzar sin problemas del 15 al 20% del total sin especiales precauciones en la calidad del suministro ni en la estabilidad de la red. Para conocer cul es la distribucin de las velocidades del viento en un lugar determinado durante el ao, se efectan medidas sistemticas por medio de anemmetros. Actualmente se dispone de mapas con las regiones ms favorecidas para la instalacin de mquinas elicas para el aprovechamiento rentable de la energa del viento. Los emplazamientos ms favorables son los cerros o las colinas que dominan un terreno despejado y las costas marinas.Teora bsica de la energa elica El viento es un proceso muy complejo pero puede ser descrito en trminos muy sencillos. El sol calienta la superficie de la Tierra en diferente medida, dependiendo de si la superficie est cubierta de nubes, si est directamente expuesta a la luz solar, o si se trata de la superficie del ocano. El aire que est encima de las zonas ms clidas, se calienta, se vuelve menos denso y asciende. El aire que sube crea una zona de baja presin, que hace que el aire fro adyacente a alta presin se mueva a las zonas de baja presin. Este movimiento de aire es lo que llamamos viento.En este caso, la energa elica, en realidad energa cintica del aire en movimiento, proporciona energa mecnica a u rotor hlice, que a travs de un sistema de transmisin mecnica que convierte la energa mecnica en energa elctrica.Como se muestra en la siguiente figura, la produccin de energa por una turbina elica o aerogenerador va en funcin de la velocidad del viento. La relacin entre la velocidad del viento y la energa est definida por la curva de potencia, que es nica para cada modelo de turbina y, en algunos casos, nica para las caractersticas de un sitio especfico.

Figura 5. Paso de velocidad del viento a potencia elctrica (curva P-v).

Tecnologa de la energa elica El rotor del aerogenerador es una de las partes ms visibles del sistema de energa elica. La mayora de las turbinas elicas que se fabrican hoy en da son mquinas de eje horizontal, con rotor a barlovento con dos o tres palas. El principal tipo de rotor tiene un eje que es paralelo al suelo, y por lo tanto, horizontal al viento

Figura 6. Apreciacin del rotor

Figura 7. Principales componentes del aerogenerador.DISEA BUAP AEROGENERADORES PARA ZONAS RURALESBuscando resolver las necesidades de energa elctrica en comunidades rurales que no cuentan con este servicio bsico, en la Facultad de Ciencias de la Electrnica de la Benemrita Universidad Autnoma de Puebla, se desarrollan aerogeneradores para aprovechar la energa del viento y producir electricidad para uso domstico.Estos prototipos, que estn en etapa experimental, se disean y construyen en Ciudad Universitaria; cuando estn listos se llevarn al campo para realizar las adecuaciones tcnicas necesarias para que funcionen en las condiciones ambientales de las diferentes regiones.Esta investigacin forma parte del proyecto: Aerogenerador de 1000 watts con fines domsticos, que desarrollan los Maestros en Ciencias, Carlos Prez Aguirre, Aurelio Jacinto Nolasco y Eloy Cruz Machicado, profesores investigadores de la Facultad de Ciencias de la Electrnica.Los cientficos, despus de ao y medio de estudios, diseos y adecuacin de los equipos, lograron construir un Aerogenerador de Mediana Potencia, que a nivel experimental gener hasta dos mil watts de potencia, cantidad superior a la esperada. De forma paralela se trabaja con un Aerogenerador de Baja Potencia, que tiene una capacidad de 600 watts. Con los ajustes que se hacen a los dos prototipos, es posible que aumenten su potencia y as resuelvan las demandas de energa elctrica de comunidades marginadas de las sierras Norte, Negra y la Mixteca poblana.En el desarrollo de esta investigacin integrada al Megaproyecto Ahorro de Energa y Energas Alternativas, han sido necesarios conocimientos multidisciplinarios para disear, construir y adaptar cada una de sus partes que forman el aerogenerador, explico el maestro Eloy Cruz Machicado.ENERGA DOMSTICA BARATAAl iniciar este proyecto, los investigadores de la BUAP se propusieron como reto no slo disear un prototipo inteligente, que realice por s mismo todas las operaciones necesarias para aprovechar y transformar la energa elica -que es la cintica- en energa elctrica, sino disear equipos de bajo costo para beneficiar a los habitantes de las zonas rurales, sobre todo las poblaciones marginadas.Con imaginacin, creatividad y sobre todo mucho estudio de clculos matemticos y fsicos, lograron prototipos que a simple vista parecen sencillos, sin embargo no lo son. En cada parte del diseo va incluido no slo el esfuerzo y conocimientos, sino tambin satisfaccin y frustracin, explic el Maestro Prez Aguirre.Ha sido ao y medio de poner, quitar, pensar, disear y cambiar piezas. Una preocupacin constante son las aspas, que contrario a lo que se piensa no por ser grandes toman ms velocidad; si no se calcula el ngulo de ataque, la geometra y dimensiones, aunque estn hechas del mejor material y haya mucho viento no se mueven porque no son simples rehiletes, dijo.Las aspas son importantes porque es lo que permitir captar la energa cintica que a travs de un equipo especial, se transforma en energa mecnica y posteriormente en energa elctrica y pueda ser utilizada para uso domstico.Para desarrollar este proceso se disean equipos con sistemas de control computarizados, de transmisin de datos, de potencia y elctricos y un sistema de control de carga para evitar alguna sobresaturacin que dae los equipos, seal el Maestro Jacinto Nolasco.Adems, hay que cuidar que las aspas no excedan el lmite de velocidad ya que de lo contrario se daara el equipo, mantenerla siempre en direccin del viento para que pueda captar la energa elica, y regular la capacidad de carga y almacenamiento que tenga el equipo que abastecer de energa a la vivienda.Hemos tenido que experimentar con diversos materiales y as vamos encontrando lo que mejor funciona. Tratamos de que sea material del pas para depender menos del extranjero y reducir costos, aunque un prototipo siempre saldr ms caro pero cuando ya se tiene, su fabricacin es menos costosa, aclararon.????Agregaron que cada problema que se encuentran se busca resolverlo con imaginacin, creatividad y buscando siempre materiales nacionales, debido a que un equipo de importacin puede llegar a costar hasta 60 mil pesos.

BENEFICIAR CASAS Y ESCUELASEl Aerogenerador de Mediana Potencia, podra suministrar energa domstica a una casa que tenga de 10 a 15 focos ahorradores de energa, una computadora, televisor, radio y refrigerador de bajo consumo, afirm el profesor investigador de la Facultad de Ciencias de la Electrnica, Carlos Prez Aguirre.Tambin podra atender la demanda en una vivienda urbana donde no haya tantos aparatos elctricos funcionando las 24 horas del da.El Aerogenerador de Baja Potencia podra aprovecharse para cubrir las necesidades de viviendas pequeas que tengan focos ahorradores de 5 10 watts, un televisor, un radio y que no estn funcionando las 24 horas del da.De acuerdo a los estudios que se tienen, el promedio de consumo de una casa ubicada en la zona urbana es de 2 mil a 4 mil watts, mientras que en las zonas rurales est entre mil quinientos, mil y quinientos, dependiendo de los focos y aparatos elctricos que tengan.El aerogenerador, con algunas adaptaciones, se podra utilizar para el uso hidrulico. Invirtiendo el proceso succionara el agua que se requiere para uso domstico en las zonas rurales. Esto no est en los planes inmediatos, pero podra ser un proyecto a desarrollar en el futuro, coincidieron los investigadoresPor otra parte el aerogenerador se instalara en escuelas rurales, para satisfacer la energa que requieren en los salones de clase y permitir el funcionamiento de una computadora.APROVECHAR MS EL VIENTOLas condiciones ambientales son importantes para captar la energa elica. En la zona urbana, un aerogenerador requiere de condiciones especiales, ya que los edificios y casas impiden el paso del aire; para librar las turbulencias y que la energa sea atrapada, el aerogenerador se tiene que ubicar a un promedio de 7 metros de altura. De acuerdo con los estudios, el aerogenerador de 600 watts, alcanza las mil revoluciones por minuto, mientras que el que inicialmente era de mil, logr hasta 2 mil 200. Para estos prototipos experimentales se est diseando un modulo multiplicador de velocidad, que permitir que una vuelta de las aspas sean cinco en el generador.Se cuenta tambin con un equipo meteorolgico que continuamente capta y enva los datos del comportamiento del clima, los que se comparan con el funcionamiento de los aerogeneradores. Esto permite ir haciendo las adecuaciones tcnicas necesarias.De esta forma, se busca disear aerogeneradores que funcionen las 24 horas del da. Hemos encontrado que hay temporadas en los que no sopla tanto el viento, pero que hay ms sol, por lo que estamos pensando en que una vez que estn listos los prototipos, se les podran adaptar paneles solares que permitan al mismo tiempo aprovechar esa energa, finalizaron.IBERDROLA CONSTRUYE PARQUE ELICO EN PUEBLA

Figura 7.1 Parque elico

Iberdrola, en sociedad con Impulsora Latinoamericana de Energa Renovable (ILER), va a iniciar la construccin de su primer parque de energa elica en Mxico, que comenzar operaciones en el prximo ao 2015. La empresa espaola tiene un 51 por ciento de las acciones. En la figura 7.1 es una estimacin de como quedara el nuevo parque elico.La unidad, conocida como Pier 2, va a estar situada en el municipio de Esperanza, en el centro de Puebla, Mxico. Se espera la construccin de este parque elico se inicie en el segundo semestre de este ao.El Grupo PI Mabe, en alianza con la empresa espaola Iberdrola, va a invertir cerca de 120 millones de dlares para la construccin de este proyecto. Despus de que concluyan las fases de medicin del viento, que comenzaron en el ao 2009, se instalarn un total de 170 antenas, con hlices de ms de 12 metros de largo, que generarn con una primera planta, 65 megavatios (MW).Gilberto Marn Quintero, Presidente de Grupo PI Mabe, ha dicho que la primera planta contar con 35 molinos, cada uno con un costo de 2 millones de dlares.Las otras dos plantas sern de 150 megavatios, por lo que se prev que estarn listas en un plazo de cinco aos.Los aerogeneradores de este parque elico en Puebla podran ser de GE o la argentina Impsa.El parque elico estar ubicado en terrenos que se arrendarn a campesinos por ms de 20 aos. Segn el Presidente de Grupo PI Mabe, estas tierras no tienen uso agrcola por lo que los dueos van a obtener un ingreso fijo por su arrendamiento.Con la construccin de este parque se van a crear aproximadamente unos 800 empleos temporales y cerca de 100 empleos directos, una vez que empiece a funcionar.El organismo encargado de administrar los recursos elctricos ser la Comisin Federal de Electricidad (CFE). Entre los clientes de este parque de energa elica se encuentran varias empresas de Jalisco, Nuevo Len, Puebla y Veracruz.Las empresas del Grupo PI Mabe, adems de Porcelanite y Soriana, son las primeras en tener contratos para recibir la distribucin elctrica, que les representar ahorros hasta de 18 por ciento en el costo del servicio.

SUSTENTABILIDAD EN LA IMPLEMENTACIN DE UN AEROGENERADORConsiderando que esta mquina tenga una vida til de 20 aos (el tiempo garantizado por lo general por los fabricantes), esto significa que antes de su hipottico desmantelamiento habr generado 47,4 veces la energa necesaria para su fabricacin. Sabiendo esto, y haciendo una comparacin con unas placas fotovoltaicas; pues se calcula que una de estas instalaciones solares produce en sus 30 aos de vida til cerca de 16 veces la energa utilizada en su creacinSe puede considerar que es ms rentable una instalacin elica que solar y su tasa de amortizacin es baja en comparacin a la vida til.La amortizacin de aerogenerador + bateras + conversor AC/DC: Conversor DC-AC: Para poder enchufar aparatos que funcionen a corriente de 220V 50Hz.Conversor DC12V-AC220V 500WEquipo aerogenerador + 4 bateras Se amortizar 100 meses. 8 aos y 4 mesesRELACIN ENTE TAMAO CONTRA POTENCIAExiste una estrecha relacin entre el tamao de las palas del rotor y la potencia entregada por el generador. En la figura 7.1 se ve claramente esta relacin.

Figura 7.1: Relacin entre tamao de pala y potencia.

JUSTIFICACIN

Esta investigacin es de carcter un tanto de aporte tecnolgico y social donde se busca beneficiar a la comunidad en general con una problemtica totalmente identificada como el nfasis de utilizar las energas renovables que tenemos a nuestro alrededor y no las percibimos.

El inters de aprovechar el recurso renovable, viento, como fuente para obtencin de energa elctrica a travs de turbinas o aerogeneradores de baja potencia, busca optimizar el costo del servicio de alumbrado dentro del ITP en la zona ubicada cerca del edificio 51.

HIPOTESISPor medio de este proyecto se desea lograr un ahorro de energa en la iluminacin por la demanda que ocurre en las noches y parte de la maana. Tambin con este proyecto podemos implementarlo para el sustento de una lmpara hasta sustento de todo un edificio solamente se tendra que aumentar la capacidad del acumulador y las dimensiones de la turbina.Tener un prototipo que sea factible y/o rentable listo para poder llevarlo a lo existente.

DESARROLLO (diseo e implementacin)Para comenzar con nuestro desarrollo tenemos que hablar del estado en el que nos encontramos Puebla, aunque no es uno de los pioneros en la bsqueda y aplicacin de los recursos naturales como fuentes de energa, y aclarando tambin que no forma parte de los estados principales en la produccin de energa elica, nos hemos dado a la tarea de investigar sobre esta posibilidad, y bueno se obtienen factores que favoreceran el implemento de esta energa.Puebla se encuentra en la parte este-central del pas. Tiene una poblacin de 5, 779,829 habitantes en una superficie territorial de 34,251 km y una altitud mxima de 5,610 metros sobre el nivel del mar. El 69% de la poblacin vive en ncleos urbanos y habitan en unas de las 10 ciudades principales del estado. La poblacin restante reside en una de las 249 ciudades pequeas. El 31% de la poblacin vive en las reas rurales en unas de las 6,296 localidades. Se encuentra en una posicin geogrfica entre las coordenadas de 19 00 13 de latitud norte y 97 53 18 de longitud oeste. La capital del estado es la ciudad de Puebla de Zaragoza. Puebla est compuesto de una cobertura vegetal de 18% bosques, 27% selvas, 10% pastizales, 38% agricultura, 6% matorral y 1% otros.Por la diversidad del alturas y el impacto martimo del Golfo de Mxico, el estado de Puebla cuenta con toda variedad de climas, desde de los fros y hmedos en los nevados volcnicos hasta los clidos y hmedos en la huasteca. Clido lluvioso en los llanos costeros y seco con lluvias mnimas en la regin del norte de la parte central y en los nevados en las cumbres del Citlatpetl. Corrientes de aire provienen del sur en invierno y primavera y en el verano del noroeste.La zona de estudio est caracterizada principalmente por la presencia del extenso Valle de Puebla, al Norte el volcn de La Malinche y al sureste la Sierra del Tent. Dichas caractersticas conforman un valle abierto de NE a SO y de acuerdo a los datos de la rosa de los vientos proporcionada por la Red Estatal de Monitoreo Atmosfrico de Puebla, nos indica que el 85% de las corrientes de aire vienen en el sentido NE.

Figura 8. Orientacin del viento en Puebla.Como se menciona anteriormente Puebla cuenta con factores que favorecen el aprovechamiento del viento como energa renovable. Estos factores son las reas libres en zonas especficas y la velocidad del viento que en promedio es de 8km/h a 12 km/h, los cuales son los necesarios para dar luz verde a nuestro proyecto. Una vez aclarado este punto de ubicacin geogrfica y factores relacionados, continuamos con el desarrollo tcnico, en donde se les habla de componentes de un aerogenerador como: el alabe, el generador, la caja multiplicadora, veleta el soporte y la base principal.Se mencionan cada uno de estos componentes y su papel que desempean y/o los factores que se tienen que considerar. Tambin recordando que nuestro producto es una simulacin en Solid Works, por eso se mostraran figuras con algunas caractersticas de nuestro aerogenerador

Perfil del AlabeSe denomina perfil alar o perfil aerodinmico, a la forma plana que al desplazarse a travs del aire es capaz de crear a su alrededor una distribucin de presiones que genere sustentacin. Segn el propsito que se persiga en el diseo, los perfiles pueden ser finos o gruesos, curvos, simtricos o no, e incluso el perfil puede ir variando a lo largo del ala.

Figura 9. Perfil del alabe.Nmero de AlabesDentro del criterio para elegir el nmero de alabes esta la curva caracterstica de coeficiente de potencia versus la velocidad especifica. Calculando la velocidad especfica, elegimos 3 alabes para el proyecto.En la siguiente grafica 1., que se obtuvo de una empresa que se dedica a la elaboracin de aerogeneradores se puede observar la relacin que existe entre la velocidad y el coeficiente de potencia.

Grafica 1. Velocidad/ Coeficiente de Potencia

Implementacin del aerogeneradorElaboracin de alabesPara el diseo de los alabes se realiz un esquema mediante el software de Solid Works para el diseo preliminar. Se dividi el perfil alar en un nmero total de 11 secciones para dar forma al alabe final.El diseo de los alabes se realiza tomando en cuenta la mayor eficiencia de viento, entregado en la zona de estudio. Sin embargo, en este trabajo se realizaron los alabes con una restriccin de 1.25m. Esta dimensin fue escogida arbitrariamente en base a una apreciacin de comodidad y facilidad de implementacin.ALABE EN POLIESTIRENODebemos aclara que la fotografas no son las de nuestro proyecto ya que hay que recordar que nuestro producto final solo es una simulacin en Solid Works, pero en figura 10., nos da una idea de cmo son los alabes terminados

Figura 10. Alabes.GENERADOR DCDentro de las consideraciones, se contempl la utilizacin de un generador DC, puesto que es de fcil adquisicin en el mercado y se ajusta al proyecto por diseo mecnico y por buenas prestaciones de generacin. Se consigui un modelo de generador DC, y se realizaron algunas pruebas para verificar su comportamiento segn una rotacin promedio. Aqu se muestra un generador existen y el de la simulacin.

Figura 11. Generador.

POTENCIA DEL GENERADOREn la siguiente tabla1., se muestran algunos valores que se obtuvieron despus de una serie de pruebas en diferentes RPM esto se realiz con la ayuda del material que se encuentra en el laboratorio de elctrica CARACTERISTICAS DEL GENERADOR DC.

RPMVOLTAJEINTENSIDADPOTENCIA

108919

208181.527

314282.878.4

419373.5129.5

520464.3197.8

633554.8264

730.5655.3344.5

830.5745.8429.2

930.5836498

1050926.3585.9

11561026.5663

12561106.6726

Tabla 1. Caractersticas del generador.FABRICACIN DEL EJE DE ROTACINLuego de verificar la configuracin de acople de la parte frontal del generador DC, se realiz un molde metlico con el fin de ajustar al canal que bordea el radio del generador. Se acoplaran a la lmina dos tubos metlicos de 1 1/4 y 1 1/8 con el fin de fijar la cola y el eje de rotacin de la base del generador.

Figura. 12 Soporte de acoplamiento.

DISEO DE LA VELETALa veleta est formada por una superficie plana metlica sobre la que el viento ejerce una presin en el momento en que no estn orientadas paralelamente en la direccin del mismo, provocando un par de giro que orienta la turbina.

Diseo de la veleta:

Figura 13. Veleta

FABRICACIN DEL VOLANTEPara el volante se tuvo en cuenta el eje de rotacin del rotor, sumado a los esfuerzos que debe soportar este mismo en la juntura con respecto a la vibracin por el paso del aire. Se fabric un disco en el cual se posicionaron los alabes y se observ su comportamiento con respecto al eje del rotor. Las sujeciones al eje son posiciones fijas que dan presin al eje con el fin de evitar movimientos de cabeceo, se maquin una pieza metlica con refuerzo en el centro para dar firmeza en la zona de conexin; esta pieza cuenta con tres sujeciones a base de prisioneros que realizan fuerzas contra el eje de forma concntrica.Diseo del terminado.

Figura 14. Volante o soporte para los alabes.DISEO DEL SOPORTE PRINCIPAL Y BASELuego de terminar en conjunto el aerogenerador, se comenz a estudiar la forma de sostenerlo y darle firmeza. Se pens en realizar un soporte, pero es mucho ms complejo y el enfoque del proyecto se basa en realizarlo de forma que pueda ser para el usuario promedio. Se decidi utilizar tubera metlica de 2 soldada a una base y con soportes de apoyo.

Figura 15. Soporte principal y base.SELECCIN DEL LUGAR DE UBICACINLuego de comparar las condiciones de viento en las diferentes zonas que se encuentran cerca del edificio 51 se decidi que la zona cerca de las palapas es la ms adecuada ya que esta libreENSAMBLE DEL AEROGENERADORPor medio del diseo realizado en Solid Works, se ensamblaron cada una de las partes guiadas por un modelo virtual.

Se tomaron las partes de construccin del aerogenerador, acoples y tornillera, para realizar una prueba antes de llevarlo a la zona de instalacin, en ella se comprob el acople de todas las piezas el correcto funcionamiento mecnico.

CURVA DE POTENCIA DEL GENERADOR DC MEDICIONES EN SITIOLa curva de potencia, nos representa la cantidad de energa generada por la turbina, la velocidad de viento, estas mediciones se hallaron mediante la toma de medidas de tensin y corriente, teniendo en cuenta la velocidad de viento instantnea, a diferentes horas en el da.Entonces despus de todo el desarrollo y la creacin de las piezas de la turbina en Solid Works el aerogenerador queda como en las siguientes imgenes.

CONCLUSIONESSe cumpli con el cien por ciento del objetivo general, ya que se ha desarrollado el diseo con xitoCon respecto a los objetivos especficos, solo se ha logrado el 50% de estos ya que, si se est concientizando a terceros en hacer uso de las energas limpias, para as reducir el impacto de la contaminacin en el medio ambiente, tambin fuera de estos objetivos este mismo prototipo se puede implantar incluso en nuestro propio hogar.Por otro lado el 50% restante no se puede desarrollar ya que no se cuenta con capital para la elaboracin de este diseo, pero queda como un diseo latente que se puede tomar en cuanto se cuente con los recursos suficientes.El diseo del aerogenerador llevado a cabo intenta dar solucin a dicho problema de una manera sencilla y aunque, desde el punto de visto ingenieril, todava quedan muchos detalles por fijar, mediante este proyecto se quiere dar un primer paso que servira para la construccin de un prototipo inicial fiable.Si en algn momento, este proyecto comienza a realizarse sera conveniente que antes de fabricar el prototipo real, se hicieran diferentes modelos con distinta forma de las palas, para comprobar que realmente el propuesto aqu es el que consigue una extraccin de energa mayor, ya que este parmetro es de gran importancia en el diseo del sistema.

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Aerogeneradores Osecam - Participante en el CleanTech ChallengeMXhttps://www.youtube.com/watch?v=9ltWBTxQ1ZY

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WindPowerArtculo Construccin Diseo de Turbina Componentes Mecanicoshttp://www.windpowerengineering.com/design/mechanical/gearboxes/gearbox-hydraulic-service-wind-turbine/

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En busca del tesoro renovableEOL/Oswaldo Barajashttp://www.electronicosonline.com/2008/08/13/En-busca-del-tesoro-renovable/?imprimir=true

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