Ao de la promocin de la industria responsable y compromiso climtico

Universidad Alas PeruanasFacultad de Ingenieras y ArquitecturasEscuela Profesional de Ingeniera Ambiental

Tema:Elaboracin de un Aerogenerador Casero

Docente: Ilich VzquezCurso: Fuentes de Energas Nuevas y Renovables Integrantes: Carbajal Ramos RuthCornejo Pecho Gisela Contreras Almanza Hildebrand Grimaldo Munarriz Rosita Hernndez Ilizarbe Franco

Ica - Per-2014-

PensamientosDa tu primer paso ahora. No es necesario que veas el caminocompleto, pero da tu primer paso. El resto ir apareciendo amedida que caminesMartin Luther, Jr.

La dicha de la vida consiste en: tener siempre algo que hacer,alguien a quien amar y alguna cosa que esperarThomas Chalmer

La perseverancia es muy importante para el xito. Y que si uno no secansa de llamar a la puerta con el vigor y la paciencia necesarios,alguien le abrir al finalLongfellow

Vivir con plenitud es vivir equilibradamente, usando de todo sinabusar de nadaJaime Borrs

Sabes porque el mar es tan grande, tan manso y tan poderoso? Porque teniendo la humildad de colocarse unos centmetros pordebajo de todos los ros, descubri que poda ser grandeaprendiendo a recibirPatricia Hashuel

Dios te puso a un ser humano a cargo y eres tu mismo.A ti debes hacerte libre y feliz. Despus podrs compartirla vida verdadera con los demsFacundo Cabral

No revuelvas una herida que est cicatrizadaAnnimo

No hagas de tu cuerpo, la tumba de tu almaPitgoras

S paciente y no pretendas que llegue todo de inmediatoAnnimo

Reconcliate contigo, ponte frente al espejo y piensa que sa esa criaturaque ests viendo es obra de Dios, y decide ahoramismo ser feliz, porque la felicidad es una adquisicinFacundo Cabral

Desgraciado, quien no haya amado mas que cuerpos, formas yapariencias. La muerte le arrebatar todo. Procurad amar las almasun da las volveris a encontrarAnnimo

Esto de no llevar la cuenta de lo que das y grabar en el corazn todolo que recibes, es consecuencia del amorAnnimo

S firme en tus actitudes y perseverante en tu ideal

Annimo

I. INTRODUCCIN

La energa elica es una opcin multifactica que puede servir a todo tipo degente y de muchas maneras diferentes, es una energa gratis, sin costos ambientales, y sin mencionar la grangama de oportunidades paralos emprendedores.Aunque el viento es una de las formas ms antiguas de energa mecnica, sufri una especie de retrocesodesde principios del siglo pasadocuando los combustibles fsiles entraron en el mapa ybajaros los precios de la energa. Peroen tiempos recientes en donde nos hemos dado cuenta el tremendo impacto negativo que tiene el generar energa a partir delos combustibles fsiles, la energa elica est de regreso, en especial engrandes proyectos de las para-estatales. Un gran nmero de pases estn poniendo un gran esfuerzo en generar electricidad a partirde los aerogeneradores. Para nosotros los emprendedores y amantes del medio ambiente, la energa elica es sin duda una muy buena manera de generar energa en casa.De esta manera el presente trabajo tiene como finalidad, enriquecer nuestros conocimientos bsicos acerca de la elaboracin y funcionamiento de un aerogenerador casero, as mismo la aplicacin de las diferentes leyes.

II. MEMORIA DESCRIPTIVAPasos:

1. Elaboramos el diseo de las paletas en la botella de 1.5 litros.2. Calculamos la altura del soporte, utilizando un tubo rgido gris de PVC3. Medimos la seccin del alambre que atraviesa la botella y que est unida al soporte.4. Luego cortamos las paletas de la botella , as mismo hicimos un agujero en la tapa y en la base de la botella 5. Atravesamos el alambre por el agujero de la tapa, saliendo por el agujero de la base.6. Ya unido el alambre a la botella, lo fijamos en el soporte del tubo de PVC utilizando un corcho, para que este quede fijo.7. Luego empleamos como base del aerogenerador , un balde pequeo que contena arena ,para que le brinde estabilidad al momento de realizar la prueba8. Seguidamente se prob el funcionamiento del aerogenerador mediante un generador de aire (ventilador)9. Finalmente se realiz los clculos correspondientes para conocer la velocidad de rotacin, revoluciones por minuto (RPM), velocidad de flujo, potencia elctrica, etc.

III. PRESUPUESTO

MaterialesCantidadCosto

Botella de 1.5 L15.00

Tubo de PVC12.00

Alambre13.00

Spray Gris16.00

Balde15.00

Pasajes45.20

Total 26.20

IV. TEORIA PRINCIPAL

AEROGENERADORUn generador elico o aerogenerador, es bsicamente un gigantesco molino de viento conectado a un generador elctrico que aprovecha la fuerza del viento para mover las aspas del molino y producir energa.A mayor caudal de viento mayor cantidad de giros har la hlice del aerogenerador, produciendo ms energa. Los aerogeneradores generalmente van conectados al sistema de interconexin elctrica, de tal manera que se disponga de la energa generada inmediatamente se produce.La energa producida por los aerogeneradores es completamente limpia, no produce ningn tipo de contaminacin ni residuos, por lo que se considera uno de los sistemas de generacin de energa ms limpios que existen actualmente. Los aerogeneradores pueden trabajar de manera aislada o conectados entre s formando un parque elico.En este caso, laenerga elica, en realidad la energa cinticadel aire en movimiento, proporciona energa mecnica a un rotorhliceque, a travs de un sistema de transmisin mecnico, hace girar el rotor de un generador, normalmente unalternadortrifsico, que convierte la energa mecnica rotacional en energa elctrica.Existen diferentes tipos de aerogeneradores, dependiendo de su potencia, la disposicin de su eje de rotacin, el tipo de generador, etc.Los aerogeneradores pueden trabajar de manera aislada o agrupados enparques elicoso plantas de generacin elica, distanciados unos de otros, en funcin del impacto ambiental y de las turbulencias generadas por el movimiento de las palas.Para aportar energa a la red elctrica, los aerogeneradores deben estar dotados de un sistema de sincronizacin para que lafrecuencia de la corriente generada se mantenga perfectamente sincronizada con la frecuencia de la red.Ya en la primera mitad del siglo XX, la generacin de energa elctrica con rotores elicos fue bastante popular en casas aisladas situadas en zonas rurales.La energa elica se est volviendo ms popular en la actualidad, al haber demostrado la viabilidad industrial, y naci como bsqueda de una diversificacin en el abanico de generacin elctrica ante un crecimiento de la demanda y una situacin geopoltica cada vez ms complicada en el mbito de los combustibles tradicionales.

El viento mueve las aspas; stas estn conectadas a un eje. Cuando las aspas giran, el eje tambin gira. El eje se conecta a un generador (un magneto en medio de espirales de alambre de cobre); al girar el eje se genera electricidad en corriente directa/continua. Entre ms rpido gire, ms electricidad se genera. Demasiada corriente puede quemar el generador, as que el sistema debe de contener elementos para evitar daos causados porvientos muy fuertes.

Partes Internas de un AerogeneradorCimentacin

Los aerogeneradores actuales de eje horizontal estn constituidos por una cimentacin subterrnea de hormign armado, adecuada al terreno y a las cargas del viento, sobre la cual se levanta una torre. Torre La torre de un aerogenerador es el elemento estructural que soporta todo peso del aerogenerador y mantiene elevadas del suelo las palas de la turbina. Est hecha de acero y normalmente hueca por dentro para poder permitir el acceso a la gndola. Esta suele ser tpicamente de acero de tipo tubular u hormign armado (en la actualidad se suelen utilizar estructuras mixtas en las que la parte inferior es de hormign y la superior de acero). Elevan el aerogenerador lo suficiente como para que sea capaz de acceder a velocidades del viento mayores, en contraste con las bajas velocidades en los puntos cercanos al terreno y la existencia de turbulencias. Al extremo de la torre se fija una gndola giratoria de acero o fibra de vidrio.

Rotor y las palas Normalmente las turbinas modernas estn formadas por dos o tres palas, siendo lo normal el uso de tres por la mayor suavidad en el giro que proporciona. Las palas estn fabricadas de un material compuesto de matriz polimrica (polister) con un refuerzo de fibras de vidrio o carbono para dar mayor resistencia. Pueden medir longitudes en el rango desde 1 metro hasta 100 metros y van conectados al buje del rotor. Dentro del buje hay ciertos elementos mecnicos que permiten variar el ngulo de incidencia (o pitch) de las palas.La mayora de los rotores en la actualidad son horizontales y pueden tener articulaciones, la ms habitual es la de cambio de paso. En la mayora de los casos el rotor est situado a barlovento de la torre, con el objeto de reducir las cargas cclicas sobre las aspas que aparecen si se situara a sotavento de ella, pues al pasar una pala por detrs de la estela de la torre, la velocidad incidente est muy alterada. Debido a este fenmeno, las torres de aeroturbinas con rotores a sotavento son de celosa metlica, por su mayor transparencia al viento.Gndola La gndola es un cubculo que se puede considerar la sala de mquinas del aerogenerador. Puede girar en torno a la torre para poner a la turbina encarada al viento. Dentro de ella se encuentran la caja de cambios, el eje principal, los sistemas de control, el generador, los frenos y los mecanismos de giro de la gndola. El eje principal es el encargado de transmitir el par de giro a la caja de cambios.Caja de cambios La funcin de la caja de cambios es adecuar la velocidad de giro del eje principal a la que necesita el generador. Por ejemplo en una turbina de 1 MW que tenga un rotor de 52 metros de dimetro girar aproximadamente a 20 revoluciones por minuto (rpm) mientras que el generador lo har a 1500 rpm. La relacin de la caja de cambios ser de 1500/20= 75.RGeneradorActualmente hay tres tipos de turbinas, que varan nicamente en el comportamiento que tiene el generador cuando el molino se encuentra en condiciones por encima de las nominales para evitar sobrecargas. Casi todas las turbinas utilizan uno de los 3 sistemas mencionados a continuacin:

Generador de induccin de jaula de ardilla Generador de induccin bifsico Generador sncrono

Un generador asncrono como por ejemplo el de jaula de ardilla es el que se empez a utilizar en las primeras turbinas elicas. Debido a la gran diferencia de giro entre el eje del molino y el generador se necesita una caja de cambios. El devanado del estator se encuentra conectado a la red. Se llaman turbinas de viento de velocidad constante, aunque el generador de induccin de jaula de ardilla permita pequeas variaciones en la velocidad del rotor (aproximadamente el 1 %) tambin llamado deslizamiento. Un generador de jaula de ardilla consume la potencia reactiva de la red. Esto no es algo deseable, sobre todo en una red dbil. Por esta razn, se acoplan condensadores al generador.Los otros dos sistemas de generacin permiten un factor de multiplicidad de 2 entre la velocidad mnima y mxima del rotor. Al existir estas variaciones en los niveles de velocidad de giro, existe un desacoplamiento entre la frecuencia de red y la frecuencia del rotor. Para igualar ambas frecuencias se necesita electrnica de potencia.En los generadores de induccin doble-alimentados se utiliza un primer concepto de velocidad variable. A travs de la electrnica de potencia, se inyecta una corriente en el devanado del rotor del generador. El devanado del estator del generador est conectado directamente a la red. La frecuencia de la corriente inyectada en el devanado del rotor es variable, por ello quedan desacopladas la frecuencia elctrica y mecnicas. Al hacerse esto, se permite el funcionamiento con velocidades variables. Una caja de cambio adapta las diferentes velocidades del rotor y el generador.Los generadores sincrnicos usan un segundo concepto de velocidad variable. Estas turbinas no tienen una caja de cambio. El generador y la red quedan totalmente desacopladas mediante electrnica de potencia. En esta configuracin, tambin se puede operar con velocidades variables. Algunos fabricantes usan generadores especiales que operan con bajas revoluciones. Los generadores con bajas velocidades de giro se reconocen fcilmente por sus dimetros relativamente grandes, colocados cerca del rotor de la turbina.Sistema de frenadoLas turbinas elicas estn equipadas con sistemas de seguridad muy avanzados. El sistema de frenado de discos permite, en situaciones de emergencia o de mantenimiento, parar el molino.

Sistema de controlUna vez puesto en marcha un molino elico, queda totalmente automatizado con sistemas de control formado por ordenadores. Estos manejan la informacin que suministran la veleta y el anemmetro colocados encima de la gndola para orientar el molino y las palas de forma que la generacin se optimice lo mximo posible. Toda la informacin sobre el estado de la turbina se puede enviar de forma remota a un servidor central.Energa ElicaEnerga elicaes laenergaobtenida delviento, es decir, laenerga cinticagenerada por efecto de las corrientes de aire, y que es transmutada en otras formas tiles de energa para las actividades humanas.En la actualidad, la energa elica es utilizada principalmente para producir energa elctrica medianteaerogeneradores. A finales de 2011, la capacidad mundial de los generadores elicos fue de 238gigavatios.En 2011 la elica gener alrededor del 3% del consumo de electricidad mundial. En Espaa la energa elica produjo un 16% del consumo elctrico en 2011.La energa elica es un recurso abundante,renovable, limpio y ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar termoelctricas a base de combustibles fsiles, lo que la convierte en un tipo deenerga verde. Su principal inconveniente es la intermitencia del viento.

Para poder aprovechar la energa elica es importante conocer las variaciones diurnas y nocturnas y estacionales de los vientos, la variacin de la velocidad del viento con la altura sobre el suelo, la entidad de las rfagas en espacios de tiempo breves, y valores mximos ocurridos en series histricas de datos con una duracin mnima de 20 aos. Es tambin importante conocer la velocidad mxima del viento. Para poder utilizar la energa del viento, es necesario que este alcance una velocidad mnima que depende del aerogenerador que se vaya a utilizar pero que suele empezar entre los 3m/s (10km/h) y los 4m/s (14,4km/h), velocidad llamada "cut-in speed", y que no supere los 25m/s (90km/h), velocidad llamada "cut-out speed".

La energa del viento es utilizada mediante el uso de mquinas elicas (o aeromotores) capaces de transformar la energa elica en energa mecnica de rotacin utilizable, ya sea para accionar directamente las mquinas operatrices, como para la produccin de energa elctrica. En este ltimo caso, el sistema de conversin, (que comprende un generador elctrico con sus sistemas de control y de conexin a la red) es conocido como aerogenerador.En la actualidad se utiliza, sobre todo, para moveraerogeneradores. En estos la energa elica mueve una hlice y mediante un sistema mecnico se hace girar el rotor de un generador, normalmente unalternador, que produceenerga elctrica. Para que su instalacin resulte rentable, suelen agruparse en concentraciones denominadasparques elicos.Un molino es una mquina 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.

Definicin de las Formulas Empleadas

Potencia ElctricaPara entender qu es la potencia elctrica es necesario conocer primeramente el concepto de energa, que no es ms que la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo elctrico cualquiera para realizar un trabajo. Cuando conectamos un equipo o consumidor elctrico a un circuito alimentado por una fuente de fuerza electromotriz (F.E.M), como puede ser una batera, la energa elctrica que suministra fluye por el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una bombilla de alumbrado, transforme esa energa en luz y calor, o un motor pueda mover una maquinaria.Potencia es la velocidad a la que se consume la energa. Si la energa fuese un lquido, la potencia sera los litros por segundo que vierte el depsito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra P.UnJ/segequivale a1watt(W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energa elctrica. La unidad de medida de la potencia elctrica P es el watt, y se representa con la letra W

Frmula:

CP: coeficiente de potencia de hlice =0,40g: rendimiento de generador = 0.90 0.50t: rendimiento de transmisin = 0.85, 0.80, 1 : densidad de aire= 1.225kg/m3V: velocidad viento m/seg

rea de barrido por hlice

Es el nmero de aspas multiplicado por el rea proyectada de cada aspa en el plano perpendicular al flujo de viento.Formula: A= *D2/4Donde D= dimetroD=

Velocidad de Rotacin Es una medida de la velocidad derotacin. Se define como el ngulo girado por una unidad de tiempo y se designa mediante la letra griega . Su unidad en elSistema Internacionales el radinporsegundo(rad/s).

Vrot= *R - donde = velocidad angular R=radio hlice= D/2

Nro. Revoluciones por minuto de hlice (N)El nmero de palas de una hlice depende de tres consideraciones principales: qu cantidad de energa (potencia) hay disponible para hacerlas girar, el volumen y la velocidad de aire requerida, y las restricciones impuestas por el ruido.

N= *30/

Relacin de velocidades Elnmero de ondaes una magnitud de frecuencia que indica el nmero de veces que vibra unaondaen una unidad de distancia. En la literatura cientfica se suele representar con la letra griega Sus unidades en elsistema internacionalson los ciclos por metro (o metros recprocos, m-1) = *R/Vtangencial

Solidez (S) Solidez de Hlice es la relacin entre superficies Ap (rea ocupada por las palas) y rea frontal (A) barrida por la hlice S= Ap/A

Calculo simple de solidez (S) S= 0.8722/ -0.086 donde < 10

Calculo de valor medio de solidez en funcin de cuerdas (C) S= C*N/ N= n de palasDnde: (C) C= S

V. RECOLECCIN DE DATOS

Peso de la botella = 45 gramos Distancia de pala a pala = 21cm Angulo de la paleta = 35 rea de la paleta = 35 cm2 x n de paletas = 35 x 4 = 140 Potencia del ventilador = 60 watts rea de barrido = 0.0346 m2 Seccin del alambre = 42cm Tamao de la botella = 34 cm Calculando la seccin sobrante entre la botella y el alambre 42cm 34cm = 8cm 0,8 cm = 7,92 cm Medida de la tapa de la botella hasta el seguro = 0,8 cm Dimetro del ventilador : 56 cm Dato : velocidad de viento del ventilador = 1.28 m/s RPM = 468.3

VI. CCULOS Y RESULTADOS

HALLANDO LA POTENCIA ELECTRICA

DATOS: Veloc. Viento = 1.28 m/s Rpm = 468.3 Radio = 34cm ---- 0.34m aire = 1,225 kg/m3 ng= 0.50 nt = 1

Hallando el rea:A= x D2 /4A= x R2A = 0.3629

P. elect = 0.40 x 0.50 x1x0.5x1.225 x 1.28 3x0.3629 P. elect = 0.0932 watts

HALLANDO EL AREA DE BARRIDO POR HELICE

A= x D2 /4A= 3.14 x (0.21)2/4 = 0.0346 m2

HALLANDO LA VELOCIDAD DE ROTACION V.Rot = w x R Convirtiendo Rpm a Rad/sV.rot =49.0402 x 0.105468.3 = 49.0402 rad/sV.rot = 5.1492 rad / seg

HALLANDO LA RELACION DE VELOCIDADES Veloc. Tang = d x t = 1.20 mts * 10 seg = 12 m/s= 5.1492 / 12= 61.7904

HALLANDO LA SOLIDEZ (S)

S= 0.086S = -0.071

CALCULO DEL VALOR MEDIO DE SOLIDEZ EN FUNCION A LAS CUERDAS

S= C x N / C = S x x R / N =0.1308 x 3.14 x 0.105 / 4 = 0.0107

HALLANDO (r) r = 0.7 (R)r = 0.7 x 0.105r= 0.0735

HALLANDO (L)L = 0.86 (0.105)L = 0.0903

HALLANDO (Cpp)Cpp = C 0.025 L = 0.0107 0.025 (0.0903) = 8 .4425 x 10 -3

HALLANDO C raz

Craiz = C + 0.025 (L) = 0.0107+ 0.025 (0.0903)= 0.0129

HALLANDO EL ANGULO DE VELOCIDADES Tg = 1.28 / 49.0402 = 0.0261

= Tg -1 = 1.4950

HALLANDO EL CAUDAL DEL VENTILADORQ = V x AV = Q / A

V = 1.7 m3 / h / 0.246 m2

V = 6.9105 m/hora x 1 hora/ 3600 sg

V = 1.919 x 10 -3 m/s

rea: x D2 / 4Dimetro: 56cm0.56 mrea: 3.14 x (0.56)2 / 4rea: 0.246 m2

VII. CONCLUSIONES

Logramos comprobar el funcionamiento de un aerogenerador casero mediante un generador de aire (ventilador) La energa producida por los aerogeneradores es completamente limpia, no produce ningn tipo de contaminacin ni residuos, por lo que se considera uno de los sistemas de generacin de energa ms limpios que existen actualmente. Realizar un aerogenerador casero es una muy buena manera de generar energa en casa y adems que es econmico y no es difcil de elaborarlo. Calculamos el rea de barrido, la velocidad de rotacin, revoluciones por minuto (RPM), velocidad de flujo, potencia elctrica. Comprobamos que a mayor caudal de viento habr mayor cantidad de giros de la hlice (paleta) que har el aerogenerador, produciendo ms energa.

VIII. BIBLIOGRAFA

Libro: Diseo de aerogeneradores ligeros - MANUEL PIOL ALFONSO Libro : FISICA 5to ao : Carlos Emilio Vzquez Urday WEB: http://www.amvediciones.com/eolica.htm http://www.infoweb2.unp.edu.ar/posgrado/Documentos/materias2011/Innovaciones%20tecnologicas%20en%20maquinas%20eolicas/CALCULO_SIMPLE_DE_LA_HELICE.pdf http://www.uv.es/~navasqui/aero/Aerogenerador.pdf http://www.ramamurcia.org/pg/pages/view/545/aerogeneradores-caseros http://solucionrenovable.blogspot.com/2014/01/fabricacion-aerogenerador-casero.html

IX. ANEXOS

X. HOJA DE FIRMA

CARBAJAL RAMOS RUTH --------------------------------------

CORNEJO PECHO GISELLA

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CONTRERAS ALMANZA HILDEBRAND

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GRIMALDO MUNARRIZ ROSITA

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HERNANDEZ ILIZARBE FRANCO

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