instituto tecnolÓgico universitario rumiÑahui · 2021. 3. 12. · motor de paso corriente...
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FORMATO N° 04
INFORME TÉCNICO DE PRÁCTICAS PRE PROFESIONALES
QUE PRESENTA EL ESTUDIANTE1
1 El informe será realizado y firmado por el estudiante y presentado a los tutores académico y empresarial, luego al
coordinador de prácticas pre profesionales de la carrera y/o departamento.
Prácticas Pre Profesionales Formato N° 04 CÓDIGO: DVS-PPP-009 VERSIÓN: 1.0 FECHA ÚLTIMA REVISIÓN: 20/09/2017
DEPARTAMENTO DE INVESTIGACION
CARRERA DE ELECTRICIDAD
INFORME DE:
INSTITUTO TECNOLÓGICO UNIVERSITARIO RUMIÑAHUI
NOMBRES Y APELLIDOS DEL ESTUDIANTE: Esteban Israel Lugmaña Paucar
NOMBRES Y APELLIDOS DEL TUTOR ACADÉMICO: Iván Jony Alcocer Vallejo
CALIFICACIÓN DEL INFORME
FIRMA DE TUTOR(A) ACADÉMICO(A) FIRMA DEL ESTUDIANTE
Sangolquí, 28/02/2021
GENERADOR TIPO SAVONIUS – ELECTRICIDAD – I.T.U.
RUMIÑAHUI ESTEBAN ISRAEL LUGMAÑA PAUCAR
Generador tipo SAVONIUS
AUTOR: LUGMAÑA PAUCAR ESTEBAN ISRAEL
GUAYASAMIN MEDINA PABLO ALEXANDER
CHILIQUINGA MORETA GERSON JAVIER
Febrero de 2021
GENERADOR TIPO SAVONIUS – ELECTRICIDAD – I.T.U.
RUMIÑAHUI ESTEBAN ISRAEL LUGMAÑA PAUCAR
RESUMEN
Con el crecimiento urbanístico y poblacional alrededor del mundo se deben
buscar maneras más eficientes y amigables con el medioambiente para
generación de energía eléctrica, por este motivo el mejoramiento en las
tecnologías de generación con fuente renovables es ya una obligación más que
una opción, para la subsistencia de la raza humana en este contexto la
generación eólica resulta una de las opciones más amigables y en pleno
desarrollo en la última década.
En este contexto el estudio, implementación y desarrollo de sistemas más
eficientes se están descubriendo he investigando alrededor del mundo, uno de
esto caso es el aerogenerador tipo savonius que por su diseño aerodinámico
aprovecha de mejor manera la energía cinética del viento y la transforma en
energía eléctrica.
En el presente documento se redacta paso a paso la investigación acerca de los
aerogeneradores tipo savonius, características propiedades y veneficios
complementariamente se realizará un prototipo funcional para la alimentación de
una bombilla con potencia de 100w y así se demostrará que su implementación
es viable para viviendas.
GENERADOR TIPO SAVONIUS – ELECTRICIDAD – I.T.U.
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INTRODUCCIÓN
El desarrollo industrial y poblacional tiene como pilar fundamental a le energía
eléctrica, de aquí la necesidad de día a día buscar nuevos métodos de
generación más seguros y amigables con el medio ambiente, en pleno siglo 21
es impensable el corte de suministro eléctrico ya que industria y la sociedad en
todos los niveles dependen directamente de ella, por lo cual alrededor del mundo
se construyen nuevos proyecto eléctricos ya sean hidráulicos fotovoltaicos o
eólicos siendo estos últimos los que cuentan con diverso modelos amigables con
el medio ambiente también pueden tener compatibilidad con otras áreas
socioeconómicas como pueden ser la ganadería y agricultura.
Por lo tanto, los profesionales y estudiantes en formación en el campo eléctrico
están obligados a investigar y desarrollar nuevas formas de generación, con este
afán el presente documento estudia la aplicación de generación residencial de
un prototipo de aerogenerador tipo savonius.
Sus principales ventajas son:
✓ Fuente renovable de energía limpia.
✓ Disminución de emisión gases de efecto invernadero.
✓ Reducción de importaciones de energía eléctrica.
✓ Generación de empleo en el are de construcción de las centrales
eólicas.
✓ Contribuye al desarrollo sostenible.
✓ Bajo impacto en el suelo.
✓ No contamina fuentes de agua.
✓ Enorme potencial.
✓ Disminución en costes de elementos para los aerogeneradores.
GENERADOR TIPO SAVONIUS – ELECTRICIDAD – I.T.U.
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Los aerogeneradores tipo savonius son generadores eléctricos que por sus
diseños maximizan el aprovechamiento del potencial cinético del viento para
transformarlo en energía eléctrica
Ilustración 1: Prototipo aerogenerador tipo Savonius, imagen tomada de los archivos del proyecto
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DESARROLLO
La generación eólica a lo largo del tiempo ha ido ganando terreno en el ámbito
de sostenibilidad energética en países en desarrollo las presenten investigación
toma como referencia este crecimiento para generar un proyecto de
sostenibilidad energética para viviendas:
1. Estudio de caso
Como primer punto diseñaremos un circuito sostenible y aplicable para una
vivienda ya que el proyecto tiene como principal objetivo encender un foco de
100w como demostración que es posible alimentar con energía limpia una
vivienda.
LISTA DE SIMBOLOGIA
SIMBOLO NOMBRE DEL ELEMENTO
Generador eólico tipo savonius
Motor de paso corriente continua
12v, 3 Amp
Diodo rectificador
Banco de baterías (batería 12 v 3.4
Amp)
Transformador de corriente
(continua – alterna) y elevador de
voltaje (12v-110v)
Foco 110w (alimentado a 110v
corriente alterna)
Tabla 1: Simbología elementos de diseños eléctricos, archivos del proyecto
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Planos de diseño. Plano estructural circuito
Ilustración 2: Esquema de construcción circuito generador eólico tipo savonius, archivos del proyecto
Diagrama unifilar circuito
Ilustración 3: Diagrama unifilar circuito generador tipo savonius, archivos del proyecto
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Diagrama multifilar circuito
Ilustración 4: Diagrama multifilar circuito generador eólico tipo savonius, archivos del proyecto
El principal problema en este punto radica que, para tener una generación
permanente y estable, necesitamos velocidades de viento constante y eso es
algo que no podemos controlar, por este motivo se ha dividido el proyecto en
cinco partes de estudio.
Las cinco partes de estudio son:
➢ Aerogenerador tipo savonius.
El prototipo es un generador tipo savonius de construcción cacera compuesto
por una estructura de soporte de tubo cuadrado de 25mm con un eje vertical de
12mm de diámetro el diseño se lo realizo por ser el mejor aerodinámicamente
por sus aspas compuestas por un medio medio arco que en su origen es un tubo
de 4 pulgadas cortado de manera transversal:
➢ Motores de generación
La parte de generación es sostenida con dos motores de paso a 12v en DC los cuales
estarán conectados en serie a nuestra batería y lo que a nivel de generación nos
entregara los 12 v que necesitamos para alimentar nuestra batería.
➢ Regulador de carga
Si procedemos a realizar una generación con un mayor numero de motores o un mayor
nuero de aerogeneradores se debe utilizar un regulador de carga esto para proveer
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dos situaciones:
• Uno evitar que la energía se regrese a los motores cuando estos no se
encuentran generando
• 2 regular el paso de corriente y voltaje para así garantizar el voltaje de caga de
nuestras baterías
En este contesto a modo de prueba nosotros utilizáremos un diodo rectificado a un
amperio ya que cumplirá el requerimiento antes mencionado.
➢ Almacenamiento
El almacenamiento para nuestro prototipo lo realizaremos en una batería de 12v DC
un elemento muy común y muy fácil de encontrar ya que estas son utilizadas en
motocicletas, Así cumpliremos el principal objetivo en este punto que es almacenar
nuestra energía generada en baterías.
➢ Transformador he inverso de corriente
Es un dispositivo que en nuestro caso realiza las dos funciones necesarias para
nuestro proyecto:
• Eleva nuestro voltaje de 12v a 110 v
• Transforma nuestra corriente de DC a AC
El dispositivo antes mencionado es muy común como adaptador de vehículos en su
interior encontramos el elemento elevador un bobinado que es el encargado de elevar
el voltaje de 12v a 110 voltios y al mismo tiempo ya tiene un sistema integrado de
inversor de corriente ya que debemos tener en cuenta que los trasformadores solo
trabajan en AC y no en DC.
2. Herramientas y materiales ➢ Tubo PVC de 4 pulgadas
Es un tubo compuesto de material sintético de plástico especialmente utilizado en
instalaciones sanitarias, pero para el presente proyecto cumple con los requerimientos
necesario en su composición aerodinámica al cortar uno de ellos transversalmente.
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Ilustración 5:Tubo PVC, archivos del proyecto
➢ Tubo cuadrado de 25mm
El tubo cuadrado de 25mm de lado se utiliza en la construcción de barandas o
protecciones de viviendas es una aleación de hierro y bronce lo que le proporciona una
gran dureza además de que por sus propiedades físicas nos permite realizar
soldaduras para así obtener el marco de nuestro aerogenerador.
Ilustración 6: Tubo 25mm, archivos del proyecto
➢ Tol de 2mm de espesor cortado en forma redonda con un diámetro de 0.6m
El tol o placa de material galvanizado son planchas de una aleación de acero con
varios elementos lo que le proporciona materiales físicos indispensables para hacer
nuestro prototipo, como es manejable y maleable por lo que podemos atornillar
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nuestras hélices en él y al mismo tiempo soldar con el eje circular con relativa facilidad.
Ilustración 7: Tol 2mm de grosor, archivos del proyecto
➢ Varilla redonda de 12mm de radio
Es un material de 12mm de diámetro de un compuesto de hierro reforzado el cual nos
ayuda como eje para unir la parte del tol donde se sujetan las hélices con los
rodamientos que se sujetaran al marco del aerogenerador para así brindar estabilidad
y soporte.
Ilustración 8: Varilla 12mm de radio eje, archivos del proyecto
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➢ Rodamiento con engranaje
Para el presente proyecto se utilizaron 2 ejes con rodamientos incluidos que ayudaran
a un giro suave y sin resistencia con las estructuras en contacto ya que es un sistema
de rodadura sin fricción.
Ilustración 9:Rodamiento, archivos del proyecto
➢ Eje circulara de 0.1m de radio
El eje circular se adato en base a diseños que requiere el proyecto ya que su modelo
es en relación de 15 a 1 a los rodamientos de los generadores (motores de paso) por
este motivo funciona como un sistema multiplicador mecánico a cada vuelta del eje
circular los ejes de los motores giraran 15 veces.
Ilustración 10: Rodamiento circular, archivos del proyecto
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➢ 2 motores de paso a 12v
En nuestra parte de generación nos abastecen 2 motores de paso DC los cuales son
reciclados de impresoras viejas la forma de su bobinado y su poca resistencia al
movimiento nos ayudan en beneficio del giro y generación que nosotros necesitamos
ya que con 3 rps nos genera cada uno un voltaje de 6 a 7 voltios, su conexión se
realizara en serie para obtener el voltaje requerido para abastecer nuestra zona de
almacenamiento.
Ilustración 11:Motores de paso archivos del proyecto
➢ Diodo rectificador de 1Amp
Es el más común y simple de la familia de los diodos cuya función principal y la más
relevante en el presente proyecto es que, polarizado de manera correcta permite el
paso de corriente mientras que en sentido contrario corta el circuito.
Ilustración 12: diodo rectificador, archivos del proyecto
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➢ Batería de 12v a 3.4 Amp
Para nuestro acumulador de energía utilizamos una batería electrolítica de 12 v a 3.4
Amp la misma que carga al mismo potencial de generación, el almacenamiento de
energía es indispensable como preámbulo de la transformación, la batería debe estar
plenamente cargada y dar en su salida los 12 v para alimentar nuestro trasformador,
por este motivo no podemos conectar directamente el generador al trasformador ya
que no controlamos completamente nuestra generación por depender del factor viento.
Ilustración 13: Batería 12 v archivos del proyecto
➢ Inversor de corriente y elevador de voltaje
Nuestro inversor consiste en un dispositivo muy poco usado o talvez conocido ya que
nosotros en la vida diaria usamos los cargadores trasformadores de celulares y si son
trasformadores ya que disminuyen tanto corriente y voltaje a rangos aceptables o en
los cuales nuestros dispositivos pueden cargar 12v a 3 amp en este contexto es mucho
menos conocido que podemos transformar los 12 v en DC que nos suministran las
baterías de los autos a 110v en AC que son voltajes con los que funcionan nuestros
electrodomésticos, pero con el mismo principio una bobina para la variación de voltaje
y un dispositivo integrado electrónico encargado de transformar corriente continua en
alterna.
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Ilustración 14 inversor de corriente y elevador de voltaje archivos del proyecto
➢ Conductor UTP 4 pares
En nuestra parte de generación ya que trabajamos a voltajes comprendidos entre 13 y
11 volteos utilizamos un conductor muy conocido en sistemas de comunicación que es
el UTP de 4 pares estos conductores soportan voltajes hasta de 18V de corriente
continua por lo que son muy manejables para el presente proyecto.
Ilustración 15: conductor UTP 4 pares archivos del proyecto
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➢ Pinza de corte La pinza de corte o pinza de cabeza redonda para corte fue nuestra principal
herramienta ya que con ella procedemos a cortar los conductores y al mismo tiempo
pelarlos ya que su diseño ergonómico con pinza en el extremo lo califican para este
trabajo.
Ilustración 16: Pinza de corte archivos del proyecto
➢ Cautín El cautín es un dispositivo electro mecánico que transforma la energía eléctrica en
energía calorífica el cual nos beneficia para poder soldar los elementos electrónicos
mediante un metal que al calentarse se transforma en líquido y al bajar su temperatura
se hace solido como es el estaño.
Ilustración 17:Cautin archivos del proyecto
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➢ Estaño El estaño es un metal que a 231 grados centígrados alcanza su punto de función lo
cual es beneficio para nuestro proyecto ya que con la ayuda del cautín nos permite
realizar la fusión entre los elementos y los conductores.
Ilustración 18: Estaño, archivos del proyecto
3. Construcción del proyecto
➢ Aerogenerador
Se procede a cortar dos pedazos de 1.30m de tubo cuadrado de 25mm y 4 pedazos
más pequeños de 0.60m del mismo tubo estos servirán como marco o soporte de
nuestro aerogenerador, al mismo tiempo cortamos una varilla de 1m de largo y 12mm
de diámetro, debemos tener en cuenta que necesitamos también dos engranajes para
facilitar el giro de nuestro eje para soportar las aspas soldamos al eje dos placas
circulares de tol de 0.50m de diámetro en las cuales irán empernadas nuestras aspas
que son tubos PVC cortados de manera transversal con una medida de 4 pulgadas
adicionalmente pondremos un eje de giro para acoplar nuestra banda este eje de giro
está en proporción de 1 a 15 con relación al eje de los motores por lo que al mismo
tiempo que nos sirve de eje de giro también cumple la función de multiplicador ya que
a un giro del eje los motores giraran 15 veces.
Una vez obtenidas todas las piezas, nos dirigimos donde el técnico mecánico a
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que nos dé fusionando todas las piezas y así ya obtener nuestro aerogenerador.
Antes de proceder a una limpieza también procedemos hacer una medición del eje.
Al a ver soldado todos los elementos procedemos a limpiar los desechos de la suelda
con lija y posteriormente limpiamos con tañer cada una de las partes y procedemos a
pintar nuestra estructura siempre tratando de no colocar pintura en nuestros
engranajes ya que si esto sucede dificultaremos el giro del mismo.
➢ Generación
Procedemos a colocar los motores en sus bases y posteriormente se incrusta la cinta
de rodamiento tanto en los ejes de los motores como en el multiplicado de del eje del
aerogenerador.
Control del flujo de corriente
➢ Diodo rectificador 3 Amp
El diodo rectificador en este caso actuara y desempeñara la función de regular el flujo
de corriente ya que la batería carga a 12v y 3.6 Amp si es demasiado baja la
generación esta no cargara y si es muy elevado el nivel de corriente podemos quemar
la batería el diodo también tiene la cualidad de que en sentido negativo a positivo da
el paso de energía mientras que en sentido contrario corta el flujo de energía eléctrica
por este motivo el flujo de generación circula normalmente pero en el sentido de las
baterías a los motores se corta.
➢ Almacenamiento o banco de baterías
Un banco de almacenamiento es indispensable tanto en generación fotovoltaica como
en generación eólica ya que tenemos el principal inconveniente que nosotros no
controlamos los elementes y en este contexto para poder aprovechar la energía
generada se debe acumular o guardar, para esto es necesario un banco de batería y
además también debemos tener en cuenta que para
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alimentar nuestro transformador he inversor de corriente es necesario un voltaje
mínimo y este es otro beneficio que nos atribuye las baterías nos da un voltaje de
salida constante de 12v con una corriente de 3 amperios, esto cumple con las
especificaciones de nuestro transformador he inversor de corriente que se alimenta a
12v y una corriente mínima de 3 Amp.
➢ Transformado e inversos de corriente
En el contexto de las especificaciones técnicas que necesitamos para el siguiente
proyecto se ha implementado un módulo transformador elevador de voltaje el cual se
hace mediante un bobinado que cumple con las especificaciones de nuestro proyecto
que es una entrada de 12 voltios y una salida a 110v
4. Verificación de datos
La potencia de generación se encuentra en un rango de 13.2v a 9v dependiendo de
los factores climáticos del sistema debemos tener en cuenta que para estos
parámetros de generación necesitamos un mínimo de 90rpm a este nivel de rotación
los motores generan 12.5 voltios suficientes para cargar la batería, la misma que
completamente cargada abastece al transformador y este en su salida genera
alrededor de 110v.
Se procede a tomar datos de control con el multímetro el mismo que se lo debe colocar
en corriente alterna en un rango de 0v a 20 v en la generación son rangos aceptables
de generación y en la salida del transformador se medirá en un rango de 110v en
corriente alterna.
Debemos tomar en cuenta que estamos trabajando con voltajes en corriente alterna
que pueden causar accidente por lo que para esta medición asegurarse que el
multímetro cuenta con protecciones en sus terminales por ejemplo chaquetas de
protección en las pinzas.
Para la medición de la salida de 110 v nuestro trasformador ya cuenta con salidas con
especificaciones de seguridad, pero aun así también se recomienda el uso de
chaquetillas de seguridad en las terminales del multímetro.
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CONCLUSIONES
1. Al haber culminado de manera satisfactoria nuestro proyecto hemos alcanzado los
objetivos planteados del proyecto que es realizar un prototipo funcional y aplicable
para nuestros hogares con una baja inversión.
2. Aplicando los conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera emos podido
implementarlos de manera práctica y cumpliendo plenamente con la recolección y
verificación de datos.
3. En el presente proyecto es indispensable un estudio el cual no es explicado
plenamente en el presente archivo ya que este documento cuenta con material
visual en el cual se profundiza más en los temas que en el informe se han tomado
como referencia.
4. Hay que precautelar la creación de fuentes de generación amigables con el medio
ambiente ya que esto no son tecnologías del futuro sino del presente.
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APORTE A LA COMUNIDAD
El sector eléctrico es pilar fundamental en el desarrollo de la sociedad tanto de
manera social como industrial y he aquí nuestra necesidad de aportar a la misma
con nuevos proyectos de generación viable y que tenga como sello de calidad la
conservación ambiental.
El presente proyecto en todas sus etapas y culminación nos a demostrado que
con un bajo presupuesto se puede generar energía limpia y de manera sostenible
para los hogares, nuestro compromiso como futuros profesionales del país es
ayudar de manera sostenible a la sociedad que día a día está en desarrollo,
nuestro valor de conservación son los que día a día aran de nuestra sociedad un
lugar mejor y a nosotros mejores profesionales del área eléctrica.
Como futuros profesionales hemos puesto énfasis para que de manera practica
y especifica las nuevas generaciones tengan una visión de conservación, que no
es necesario grandes inversiones para lograr grandes cosas, simplemente
necesitamos iniciativa y las ganas de poseer un futuro mejor, esto se puede
lograr con una mayor sociabilización de las energías renovables por lo que el
presente documento lo demuestra plenamente.
BIBLIOGRAFÍA
Escuela Politécnica Nacional. (2015). DISEÑO Y CONTRUCCION DE UN GENERADOR TIPO SAVONDIUS QUE GENERE 10W Recuperado de https://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/10538/1/CD-6238.pdf
ESPOL. (2018). AERODINAMICA ENERGIA TERMICA GENERADORES EOLICOS recuperado de https://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/45851
UPS. (2012). MECÁNICA ENERGÍA EÓLICA DISEÑO DE MÁQUINAS RECURSOS ENERGÉTICOS VIENTOS recuperado de https://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/2744
CORPORACION UNIVERSITARIA TECNOLOGICA DE BOLIVAR Recuperado de https://biblioteca.utb.edu.co/notas/tesis/0057567.pdf
Sangolquí, 28 de febrero del 2021
El Departamento de Investigación del Instituto Universitario Rumiñahui, Certifica:
Que, el señor Lugmaña Paucar Esteban Israel, con CC: 1720338944, participó en el
proceso de Ayudantías de Investigación en el desarrollo de los OBSERVATORIOS de la
carrera de Electricidad del Instituto Universitario Rumiñahui, aprobando un total de 400
horas, desde el 18 de enero al 28 de febrero del 2020, demostrando responsabilidad y
dedicación en el trabajo de investigación asignado a su cargo.
Es todo cuanto puedo certificar en honor a los productos entregados, el interesado
puede hacer uso de la presente en la forma que le convenga a sus intereses.
MSc. María José Rivera
Coordinadora de Investigación
INSTITUTO TECNOLÓGICO UNIVERSITARIO RUMIÑAHUI