UNIVERSIDAD VERACRUZANA (FI).CICLO ESCOLAR FEBRERO 2014 JULIO 2014

TURBO MAQUINAS.

INGENIERA ELCTRICA

PROYECTO DE GENERADOR EOLICO A ESCALA.

ALUMNOS: GARCA CANT JUAN AUGUSTO DE JESS.GIL MONTERROSAS IVAN MANUEL.TORRES NGELES RICARDO ERNESTO.HERNNDEZ LEN FERNANDO.VALDIVIA HERNNDEZ JOSE LUIS

GRUPO: 601

FECHA DE ENTREGA:______________________

Vo. Bo.-------------------------

AntecedentesLa evolucin reciente de aspectos relacionados con la energa elctrica de origen elico se inscribe en el desarrollo de estudios tendientes a evaluar los recursos del pas asociados a fuentes renovables de energa. En este sentido se pueden identificar dos vertientes.

En primer lugar, los anlisis llevados a cabo a nivel de la Direccin Nacional de Energa (DNE) del Ministerio de Industria, Energa y Minera, buscando evaluar la potencialidad de los recursos, no necesariamente vinculados a la generacin elctrica.

En cuanto a energa elica, a nivel Ministerial se desarroll un estudio con participacin de varias instituciones nacionales y con apoyo del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD). El estudio condujo a la evaluacin del recurso elico con nfasis en la zona sureste del pas.

En 1988 UTE y Universidad de la Repblica firmaron un convenio que tuvo como objeto evaluar el potencial elico en el Uruguay para cuantificar y conocer las caractersticas de un recurso energtico como es el viento. Este acuerdo constituy el punto de partida para el desarrollo de un Programa con el objeto de cuantificar el recurso elico con vistas a su aprovechamiento en gran, mediana y pequea escala.

El aprovechamiento a gran escala es el que se realizara con una granja elica.

Estas se componen de un gran nmero de generadores elicos, es decir de sistemas que convierten la energa disponible en el viento en energa elctrica. Estos generadores se componen usualmente de una turbina elica, es decir un rotor con una, dos o tres aspas o palas, cuyo dimetro alcanza varias decenas de metros, y un generador elctrico. Todo esto montado sobre una torre cuya altura es de aproximadamente el mismo valor que el dimetro de la turbina.

Estas granjas elicas vuelcan la energa generada a las redes de transmisin de energa elctrica.

Los aprovechamientos a mediana escala se refieren a la utilizacin del recurso elico con el mismo tipo de sistemas mencionados anteriormente, conectados a las redes de distribucin o transmisin de energa elctrica pero en un nmero sensiblemente inferior y destinado a suministrar energa elctrica a instalaciones industriales.

En cuanto al aprovechamiento en pequea escala, ste se reserva para las instalaciones que operan en zonas alejadas de las redes elctricas nacionales y en las cuales se genera exclusivamente para un sistema autnomo.

La incorporacin de un nuevo sistema de generacin elctrica requiere de experiencia en la construccin, operacin y control de los mismos. As mismo el recurso elico presenta ciertas particularidades tales como la aleatoriedad, que los equipos se interfieren unos a otros y que resulta tcnicamente difcil su acumulacin.

Esto llev a que la Universidad de la Repblica planteara a UTE la posibilidad de construir una granja elica piloto. Se decidi entonces solicitar apoyo financiero al CONICYT, los cuales complementaron los aportes que realiz UTE a tal fin.

La localizacin de la planta piloto, que se seleccion a partir de los resultados que se obtuvieron en los estudios de evaluacin del programa desarrollado. Se eligi el Cerro de los Caracoles ubicado en la Sierra de los Caracoles en el departamento de Maldonado a una altura de 303 metros, latitud S 38G 47 y longitud W 61G 07.

El proyecto se encar con fines tcnicos y cientficos, no buscando necesariamente la maximizacin de la generacin de energa sino un mejor conocimiento de las implicancias de la operacin de este tipo de planta en un sistema interconectado, el desarrollo de mejores herramientas de simulacin y la verificacin de la metodologa empleada en los estudios de evaluacin.

Cmo es un aerogenerador.

La torre: Soporta la gndola y el rotor. Hoy en da suelen ser tubulares de acero. Las de celosa (perfiles de acero soldados) son ms econmicas, pero han dejado de usarse por esttica y por ser ms incmodas e inseguras para los trabajadores. En terrenos rugosos, las torres ms altas captarn vientos de mayor velocidad.

Rotor: Conjunto formado por las palas y el buje que las une. Sirve para transformar la energa cintica del viento en energa mecnica. Cuanto mayor sea el rea barrida del rotor mayor ser la produccin. Los rotores pueden ser de paso variable (que permiten girar sobre s mismas a las palas) o de paso fijo (en el que no pueden girar). Tambin puede ser de velocidad variable (cuando la velocidad de giro del rotor es variable) o constante.

Las palas: Las palas de un aerogenerador son muy similares a las alas de un avin. Hoy en da, la mayora de las turbinas cuentan con tres palas. Y suelen ser de polister o epoxi reforzado con fibra de vidrio.

Gndola: En su interior contiene los diferentes dispositivos que van a transformar la energa mecnica del rotor en energa elctrica. Adems, en su exterior cuentan con un anemmetro y una veleta que facilitan informacin continua a todo el sistema para su control.

Multiplicador: Multiplica la velocidad de giro que llega del rotor para adaptarla a las necesidades del generador. El movimiento de giro de los aerogeneradores suele ser bastante lento. El rotor de una turbina de 1.500 kW de potencia, por ejemplo, suele girar a una velocidad de entre 10 y 20 revoluciones por minuto (r.p.m.). El multiplicador aumentar esta velocidad hasta las 1.500 r.p.m.

Generador: Transforma la energa mecnica en energa elctrica, tal y como hace la dinamo de una bicicleta, aunque generando normalmente corriente alterna. El alternador puede ser sncrono o asncrono. El primero suministra una energa de mayor calidad, pero es ms caro y complejo. Esta es la razn por la que el asncrono es el ms extendido de los dos.

Controlador electrnico: Un ordenador controla continuamente las condiciones de funcionamiento del aerogenerador mediante el anlisis de las seales captadas por mltiples sensores que miden temperaturas, presiones, velocidad y direccin del viento, tensiones e intensidades elctricas, vibraciones...

Sistemas hidrulicos: Elementos auxiliares que permiten el accionamiento del giro de las palas sobre su eje, as como el frenado del rotor o el giro y frenado de la gndola.

Sistema de orientacin: Los aerogeneradores disponen de un sistema de orientacin que, con ayuda de los datos recogidos por la veleta, coloca siempre el rotor de manera perpendicular al viento.

Figura 1. Partes de aerogenerador.

Tipos de aerogeneradores.

El aerogenerador de eje horizontal con rotor tripala a barlovento es hoy el modelo ms utilizado para generar electricidad. Existen, sin embargo, variaciones en las turbinas.

Aerogenerador Darrieus: Si bien el rotor de los aerogeneradores ms comunes gira sobre un eje horizontal, otros modelos lo hacen sobre un eje vertical, perpendicularmente al suelo. La mquina ms conocida de este tipo es la turbina Darrieus, que fue patentada por el ingeniero francs George Darrieus en 1931 y comercializada por la empresa estadounidense Flowind hasta su quiebra en 1997. El aerogenerador est compuesto por un eje vertical, en el que giran varias palas con forma de C. Algo similar a un batidor de huevos. Su ventaja principal es que no necesita ningn sistema de orientacin que lo dirija hacia el viento. No obstante, es menos eficiente que un aerogenerador de eje horizontal, requiere ayuda para arrancar y recibe menos viento al estar pegado al suelo.

Aerogenerador mono pala, bipala, tripala o multipala: Una, dos, tres o muchas palas. Qu resulta ms eficiente para extraer la energa del viento? Los primeros aerogeneradores tenan un gran nmero de palas, pero con los aos se han reducido a tres. Este es el nmero menor de palas que proporciona mayor estabilidad. Es decir, el nmero que permite ahorrar ms material y peso, sin complicar el sistema. Algunos modelos utilizan rotores bipala o mono pala, que logran un ahorro todava mayor, pero resultan menos eficientes y deben introducir sistemas de control ms complicados para mejorar la estabilidad. El multipala americano tambin sigue utilizndose, aunque solo para vientos moderados.

Aerogenerador con rotor a sotavento: Normalmente, las turbinas tienen el rotor a barlovento, es decir, delante de la gndola, para que no haya ningn elemento del aerogenerador que pueda frenar el viento o crear turbulencias. Sin embargo, existen tambin turbinas con rotor a sotavento, en las que las palas se encuentran en la parte trasera de la gndola. En mquinas pequeas, este sistema puede ser interesante para que la carcasa de la gndola haga de veleta y oriente el aerogenerador en direccin al viento sin necesidad de otros dispositivos.

En el mundo

Al finalizar 2004 la potencia elica instalada en el conjunto del planeta se situaba aproximadamente en 47.200 MW. Esto supona un nuevo rcord de crecimiento anual, con 7.700 MW nuevos instalados durante el ao 2004. Pero, sobre todo, confirmaba un cambio significativo en el desarrollo de esta industria: la globalizacin de la energa elica. Si bien la Unin Europea (UE) representa an el 72% de toda la potencia instalada en el mundo, lo cierto es que el aprovechamiento energtico del viento ha dejado de ser cuestin de un nico continente. Solo unos datos: mientras que en 2003 fueron diez los pases que construyeron parques elicos por encima de los 100 MW, en 2004 esta lista aumentaba a 19, de los cuales 9 eran no europeos. Del mismo modo, el continente asitico posea ya el 10% de la potencia elica instalada.

En lo que respecta al ranking mundial, los cinco pases del mundo con ms potencia elica acumulada a finales de 2004 volvan a ser: Alemania (16.630 MW), Espaa (8.155), EE. UU. (6.750), Dinamarca (3.120) e India (3.000). Espaa no slo escalaba a la segunda posicin superando a EE. UU. En potencia acumulada, sino que tambin fue el segundo pas del mundo que ms megavatios elicos nuevos instal (1.920) durante el ao 2004, muy cerca de Alemania (2.020), lder indiscutible del actual desarrollo elico mundial.

Amrica El continente americano tena instalados a finales de 2004 un total de 7.410 MW de potencia, de los cuales 6.750 pertenecan a EE.UU. Aun as, EE.UU. no est solo. El mercado canadiense se muestra bastante activo y hay fundadas expectativas en torno a pases como Brasil o Argentina. EE.UU.: Ha sido el nico pas del mundo en el que la energa elica ha crecido a un ritmo similar al europeo.

En 2004 acumulaba 6.750 MW, pero la instalacin de nuevos megavatios (375) se fren debido al retraso en la prolongacin de la exencin fiscal a la produccin (Production Tax Credit, PTC). La ampliacin del plazo de esta bonificacin hasta 2007 permite aventurar una pronta recuperacin que pudiera ser muy importante.

Estados Unidos, junto con Canad, dispone de los mayores recursos elicos comprobados del planeta. Canad: Tiene excelentes recursos y comienza a despertarse. En 2004 termin con 450 MW acumulados. No obstante, la Canadian Wind Energy Association ha anunciado un ambicioso plan para disponer de un total de 10.000 MW elicos en 2010. Brasil y Argentina: Aunque ninguno de los dos est entre los 20 primeros pases en el aprovechamiento energtico del viento, se espera que Brasil (30 MW) logre un desarrollo significativo en el bienio 2006-2007, cuando se pongan en marcha las primeras instalaciones impulsadas por el programa gubernamental PROINFA, en cuya construccin participan varias empresas espaolas. Argentina (25 MW) posee enormes recursos en la Patagonia, y algunas compaas europeas elaboraron ya planes de negocio para explotarlos, pero los aos de recesin han alejado provisionalmente a los inversores.

Proyecto de aerogenerador a escala algunas partes, materiales y funciones.

En la elaboracin del el aerogenerador a escala se utilizaron distintos materias de metal.

Para la elaboracin de nuestras aspas se utiliz lmina y para el soporte de ellas se utiliz tambin lmina pero de ms grosor y un eje que se obtuvo de una maquina descompuesta, todo esto para garantizar la rotacin de las aspas.

Figura 2. Soporte de las aspas.

Al final de este soporte se le colocaron algunos engranes para aumentar la capacidad de giro del rotor al momento de que giren las aspas figura 3.

Figura 3. Diferencial aspas-rotor.

Se coloc un soporte para poder alinear el diferencial aspas-rotor para poder mover nuestro generador en sincrona con nuestras aspas figura 4.

Figura 4. Soporte de diferencial.

Se utiliz como rotor del generador uno obtenido de una maquina descompuesta figura 5.

Figura 5. Rotor.

Para la colocacin de nuestro estator compuesto de cinco bobinas de cobre con 60 vueltas cada uno se colocan dos tapas, una soldada en la parte de soporte del diferencial y la otra tapa al final de nuestro estator figura 6.

Figura 6. Tapa soldada al soporte de diferencia.

Figura 7. Perforacin de tapas.

Figura 8. Perforacin de tapas.

En la figura 9 se muestra finalmente como queda nuestro generador sin cascaron.

Figura 9. Cuerpo de generacion del aerogenerador.

Potencia de Entrada y de Salida para un aerogenerador.La potencia, P, de entrada de un aerogenerador, va a depender de una serie deFactores, como son:

Velocidad del viento, v (m/s) Superficie de captacin, S (m2) Densidad del aire, d (kg/m3)

De la siguiente manera:

Ecuacin 1. Potencia de aerogenerador.

Obteniendo un valor para la potencia en W.

Para obtener la potencia de salida, simplemente debemos tener en cuenta el coeficiente de aprovechamiento.

Materiales:Dos engranes para poder realizar el diferencia.Cuatro baleros para facilitar el giro de las aspas y rotor.Una base de metal para el soporte del generador.Tres aspas realiadas con lamina.Soldadura.Aceite o graza.

Conclusiones:La generacin de energa elctrica con el viento no produce gases txicos, no contamina el medio ambiente, no contribuye al efecto invernadero, aunque s produce un impacto visual inevitable ya que por sus caractersticas precisa emplazamientos que normalmente resultan ser los que evidencian la presencia de las mquinas (cerros, litoral o superficies extensas).

En este sentido la implantacin de energa elica en gran escala como ser el caso de las granjas elicas, puede producir una alteracin clara sobre el paisaje. Afortunadamente el viento es un recurso renovable infinito y sin costo.