Proyecto de InvestigaciProyecto de Investigacióón y Desarrollon y Desarrollo

• Dr. Juan Francisco Rivas Silva

• Dr. Nicolás Grijalva y Ortiz

• GENERADOR EÓLICO DOMÉSTICO

Estudiantes InvolucradosEstudiantes Involucrados•Carlos Ochoa Algarín (UDLA)•Elena Natally Colunga Castillo (UDLA)•Federico Stolberg (UDLA)•Marco Polo de Jesús (FI BUAP)•Diego Flores Vargas (UDLA)

Objetivo GeneralObjetivo General

Diseñar y construir un aparato que aproveche la energía del viento para producir corriente eléctrica.

Difundir la ciencia y sus aplicaciones. Y el uso de las energías alternas.

Objetivo ParticularObjetivo Particular

Diseñar un modelo sencillo y barato que cumpla con los requisitos de:

•Ser económico en comparación con otros equipos con características similares.

•Construcción fácil.

•Su mantenimiento del equipo debe ser sencillo. El usuario estará en capacidad de hacerlo

Resolver el problema de abasto de electricidad en los lugares en donde no se cuenta con tendido eléctrico.

Dar a conocer a la población las energías alternas.

Objetivo SocialObjetivo Social

Este proyecto se lleva a cabo en el Centro de Escolar Comunitario del Sur “Lic. Manuel Bartlett Díaz”

•Con alumnos del bachillerato. Son muchachos que pertenecientes a los estratos pobres de la ciudad de Puebla.

•Se les enseña el concepto de energía y de su ahorro.

Se desea además

Llevar a las comunidades la tecnología de la Energía Alterna en los lugares donde no hay otra. Como ejemplo existen lugares en donde hay el programa de la Tele Secundarias de la Secretaría de Educación de Estado de Puebla y no hay corriente eléctrica. No se pueden usar los televisores

InvestigaciInvestigacióón y Desarrollon y Desarrollo

A la fecha se han probado varios diseños y llegamos a estas conclusiones:

•Se requieren vientos de alrededor de 5 m/s o mayores para que el aparato funcione.

•Se requiere que el generador se encuentre a una altura mínima de 4.5 m para encontrar vientos suficientemente fuertes.

•El correcto balanceo y el ángulo de ataque de las aspas es crucial para mejorar la eficiencia del aparato.

Finalmente se construyo un prototipo adecuado

DiseDiseñño del Generador Eo del Generador Eóólicolico

Para obtener el modelo del Generador Eólico doméstico, fue necesaria la construcción de tres prototipos, que constan de los componentes básicos de un generador, se hicieron modificaciones a cada diseño, para hacer un análisis comparativo y optar un el modelo que cubriera las necesidades y expectativas del proyecto.

Aquí se muestra una semblanza de los pasos hechos para la construcción de los dispositivos y se hace alusión a las diferencias existentes en cada uno de ellos.

Primer PrototipoPrimer Prototipo

Con este diseño se logró una alta velocidad de rotación, y la frecuencia era de 110 RPM aproximadamente con un viento inferior a 4m/s. Pero se poseía un bajo torque, por lo que se lograba poco movimiento en la flecha del generador y la cantidad de electricidad producida era mínima.

Problemas con este Problemas con este DiseDiseññoo

Primer PrototipoPrimer Prototipo

El generador usado era de magnetos inducíos que al alimentarlos con el voltaje de la batería detenían el movimiento de la flecha por falta de un torque suficiente.

El diámetro de las aspas: 60 cm.

Material: Laminas de aluminio

Generador empleado: Alternador de Auto de 12 v de salida marca Bosch.

Segundo PrototipoSegundo Prototipo

Con estas aspas se logró un mayor torque a las mismas condiciones que las primeras . Sin embargo, no se obtuvo la cantidad de aire necesaria para generar la suficiente energía eléctrica y cargar la batería.

Material de las aspas: Acero inoxidable.

Diámetro: 60 cm.

Problemas con este Problemas con este DiseDiseññoo

Tercer PrototipoTercer Prototipo

Se decidió cambiar el diseño de las aspas nuevamente, al igual que se modificó el sistema sustituyendo el alternador por un motor especial para Generadores Eólicos.

Las nuevas aspas se hicieron más grandes y con un diseño aerodinámico y así poder captar un a mayor cantidad de aire, el área de las aspas es el doble de la de los diseños anteriores, lo cual genera una velocidad de rotación suficiente para generar electricidad.

Es importante aclarar que se importaron los motores de E.U. Debido a la inexistencia de estos en México.

Tercer PrototipoTercer Prototipo

Material de las aspas: PVC.

Diámetro de hélice: 130 cm.

Tercer PrototipoTercer Prototipo

Tercer PrototipoTercer Prototipo

Tercer PrototipoTercer Prototipo

Tercer PrototipoTercer Prototipo

Marca y Modelo: Ameteck 10-2551.

Tipo: Motor de imán permanente.

Diámetro: 11.43 cm Largo: 19.05cm

Peso: 5.89kg Amp Max: 8.

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

0

20

40

60

80

100

120

140

Frecuencia de Rotacion, ω [RPM].

Volta

je P

rodu

cido

, V

[V

olts

]

Voltaje Producido de los motores en funcion de las RPM.

Ecuacion: V = mi ω

m1: 2.361×10-2 ± 9.87×10-3

m2: 1.929×10-2 ± 5.55×10-6

Pruebas del PrototipoPruebas del Prototipo

Sistema ElectrSistema Electróónico y Potencia de Salidanico y Potencia de Salida

Originalmente se contaba con un sistema electrónico de salida del acumulador como el mostrado en la imagen de la derecha.

Posteriormente se optó por un diseño comercial y seguro. Un inversor de corriente para batería de auto marca STEREN. Con la capacidad de convertir la energía directa de la batería a corriente alterna de 120V

Inversor de voltaje de 12 Vcc a 110 Vca.

Potencia de Salida:1000 Watts

Inversor de voltaje de 12 Vcc a 110 Vca.

Potencia de Salida: 600 Watts

Inversor de voltaje de 12 Vcc a 110 Vca.

Potencia de Salida: 300 Watts

Inversor de voltaje de 12 Vcc a 110 Vca.

Potencia de Salida: 400 Watts

¿¿De quDe quéé sirven 300, 400, 600 y 100 sirven 300, 400, 600 y 100 Watts?Watts?

AparatoPotencia (Promedio) Tiempo de uso al día

Watts (Períodos Típicos)

Radio grabadora 40 4 hrs.diariasTv color (13-17 pulg) 50 6 hrs.diarias

Tv color 19"-21" 70 6 hrs.diariasBomba de agua 400 20 min/díaEstéreo musical 75 4 hrs.diarias

Ventilador de techo sin lámparas 65 8 hrs.diariasFocos fluorescentes (8 de 15W c/u) 120 5 hrs.diariasRefrigerador (11-12 pies cúbicos) 250 8 hrs/dia

Licuadora baja potencia 350 10 min/día

Curso de Generadores ECurso de Generadores Eóólicoslicos

A la vez que se construye el Generador Eólico se imparten clases a los alumnos del Centro Comunitario del Sur inscritos en el proyecto.

Responsable. Elena Natally Colunga Castillo

Alumnos inscritos :

• Marcial Alba Alberto Pedro

• Medina Fernández Jorge

• Ramírez Cuamatzi Mario Alain

• Trinidad Pérez Belem Lileny

Días en los que se imparte el curso: Miércoles y Viernes

Contenido TemContenido Temááticotico

CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS DE MECÁNICA

-Introducción-Las leyes de Newton.

-Energía Potencial y Cinética.-Unidades de medición, Sistema Internacional e inglés.

-Fluidos.

Conceptos de presión y densidad.

Teorema de Bernoulli.

CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS DE ELECTROMAGNETISMO.-Introducción.

-Cargas eléctricas.-Ley de Coulomb.

-Potencial eléctrico.-Corriente eléctrica.

-Ley de Ohm.- Ley de Ampère.-Ley de Faraday.

CAPÍTULO III. TEMAS RELACIONADOS A GENERADORES EÓLICOS.

-Introducción.-Baterías eléctricas.

-Corriente alterna y directa.-Rectificadores.

-Reguladores de voltaje.-Inversores.

CAPÍTULO IV. GENERALIDADES DE GENERADORES EÓLICOS.

-Introducción.- Componentes de un generador eólico.-Funcionamiento de un generador eólico.-Ventajas de emplear un generador eólico.

-Ensamble de generador eólico.

TALLER DE GENERADORES EÓLICOS.

-Ensamble de un generador eólico.

DINDINÁÁMICA DE CLASEMICA DE CLASE

La impartición de las clases se lleva acabo por medio de diapositivas presentadas a los alumnos, en las cuales se expresa la información más relevante sobre el tema a exponer. Las diapositivas son empleadas como material didáctico de apoyo, pues permiten ejemplificar con imágenes y así facilitar el entendimiento y la comprensión de los alumnos.

El objetivo de las clases es presentar a los alumnos la información correspondiente a cada uno de los puntos del contenido temático de manera breve y concisa, con el fin de que les sea más fácil el entendimiento de los conceptos de Física, Electromagnetismo, Mecánica al igual que los relacionados con el funcionamiento de los Generadores Eólicos.

Taller de Generadores ETaller de Generadores Eóólicoslicos

En el taller de Generadores Eólicos, los alumnos pondrán en práctica los conocimientos adquiridos a lo largo del curso, ensamblando cada una de las piezas que conformarán en modelo de Generador Eólico aceptado.

El laboratorio será guiado por los participantes del proyecto, para asíestar al tanto de las actividades realizadas por los alumnos, al igual que darles una explicación de cómo y para qué deben ser armadas las piezas.

El propósito del taller consiste en que los alumnos construyan un Generador Eólico, que puedan emplear en sus hogares , y así las familiasreduzcan los gastos económicos en referencia al consumo de energía.

RESULTADOS

Se logró cargar una batería con la corriente que produce el generador

El generador trabaja bien con vientos a partir de 2 m/s, con esta velocidad de viento logramos hasta 3 Volts, con una velocidad de 8 m/s, logramos hasta 15 Volts

La el precio de un prototipo no pasó de $2 000.00 (MN)

La batería vacía se carga en 39 horas con un viento de 4 m/s (14.4 km/h)

La batería almacena 142 KC.

Entrega una corriente de 400 W y 126 V durante 7 horas 12 minutos, sin recarga.

ResultadosResultados