Informe Windaid - Copia

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

I. INDICE I. INDICE ................................................................................................................................... 1

II. Generalidades ....................................................................................................................... 2

2.1. Introduccin .................................................................................................................. 2

2.2. Objetivos ....................................................................................................................... 2

III. Marco terico ................................................................................................................... 2

IV. Recopilacin de informacin ............................................................................................ 4

4.1. Descripcin de partes y/o componentes ..................................................................... 4

4.2. Proceso de construccin de componentes .................................................................. 6

4.3. Operacin y/o funcionamiento de la maquina ......................................................... 16

4.4. Esquema general del funcionamiento de la maquina ............................................... 20

4.5. Fotos ............................................................................................................................ 22

V. Investigacin ....................................................................................................................... 23

VI. Conclusiones ................................................................................................................... 27

VII. Sugerencias y recomendaciones .................................................................................... 27

VIII. Bibliografa ...................................................................................................................... 28

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II. Generalidades

2.1. Introduccin Windeid es un empresa enfocada a ayudar a las personas con menos recursos para

que puedan contar con una mejor calidad de vida dndoles la oportunidad de

obtener energa elctrica a muchas personas, permitindoles as tener una mayor

oportunidad en experimentar con mejores tecnologas para una buena educacin.

2.2. Objetivos Llevar energa elctrica a las personas que tienen una gran necesidad de

contar con ese servicio.

Desarrollar un tipo de energa amigable con el medio ambiente.

Contribuir al aprendizaje de jvenes dispuesto a apoyar en esta noble causa

III. Marco terico BREVE HISTORIA DE LA ENERGA ELICA

La energa elica es una de las formas de energa ms antiguas usadas por la humanidad. Desde

el principio de los tiempos, los hombres utilizaban los molinos de viento para moler cereales o

bombear agua. Con la llegada de la electricidad, a finales del siglo XIX los primeros

aerogeneradores se basaron en la forma y el funcionamiento de los molinos de viento. Sin

embargo, hasta hace poco tiempo no la generacin de electricidad a travs de aerogeneradores

no ha jugado un gran papel.

Con la primera crisis del petrleo en los aos 70, sobre todo a partir de los movientos contra la

energa nuclear en los aos 80 en Europa, se despert el inters en energas renovables. Se

buscaron nuevos caminos para explotar los recursos de la Tierra tanto ecolgicamente como

rentables econmicamente. Los aerogeneradores de aquella poca eran demasiado caros, y el

elevado precio de la energa que se obtena a travs de los mismos era un argumento para estar

en contra de su construccin. Debido a esto, los gobiernos internacionales promovieron la

energa elica en forma de programas de investigacin y de subvenciones, la mayora de las

mismas aportadas por los gobiernos regionales.

As se crearon institutos como el Instituto Alemn de la Energa Elica (DEWI) o el Instituto de

Investigacin Dans (Ris), que poco a poco han llevado a cabo una estandarizacin de las

instalaciones y de los mtodos de seguridad ha llevado y est llevando a cabo un mejor

rendimiento econmico de las instalaciones.

Los altos costes de generacin de electricidad a partir del viento se redujeron

considerablemente en 1981 al 50% con el desarrollo de un aerogenerador de 55 kW. Las

organizaciones ecolgicas consideran la energa elica una de las fuentes de energa ms

econmicas si incluimos los costes externos de generacin de energa (por ejemplo, los daos

del medio ambiente).

Los aerogeneradores modernos generan actualmente una parte importante de la energa

elctricidad mundial. Alemania, USA y Espaa son los tres pases con ms energa elica

instalada del mundo.

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CRONOLOGA DE LOS PIONEROS DE LA ENERGA ELICA Charles F. Brush (1849-1929), uno de los fundadores de la compaa elctrica americana. En el

verano de 1887-88 construy una mquina considerada actualmente como el primer

aerogenerador para generador de electricidad. Las dimensiones eran para aquella poca

enormes: Dimetro de rotor de 17m y 144 hojas de rotor de madera de cedro. Estuvo en

funcionamiento durante 20 aos, durante los cuales alimento una batera colocada en su stano.

A pesar de las dimensiones del rotor, la potencia del aerogenerador era solamente de 12kW.

Poul la Cour (1846-1908), meteorlogo dans. Se le considera el padre de la energa elica

moderna. Sus primeros aerogeneradores comerciales se instalaron despus de la primera guerra

mundial, como consecuencia de la escasez de combustibles. Fund la primera academia de

energa elica, de donde salieron los primeros ingenieros especializados. Paralelamente fund

el primer peridico exclusivo con esta temtica.

Albert Betz (1885-1968), Fsico alemn. En su etapa de director del instituto aerodinmico en

Gttingen, formul la ley Betz, que estableca el mximo valor que se puede aprovechar de la

energa cintica del viento, 59,3%. Su teora sobre la formacin de las alas todava sirve de

fundamento para la construccin de aerogeneradores.

Palmer Cosslett Putnam (1910-1986), ingeniero americano, desarroll en 1941 el aerogeneradr

Smith Putman, de 1,25MW. ste aerogenerador trabaj hasta 1945 sin interrupciones, hasta

que un fallo en el material hizo que dejase de funcionar. En aquella poca no existan materiales

en el mercado aptos para este objetivo.

Ulrich W Httner (1910-1990), ingeniero alemn. Su aerogenerador StGW-34 en el ao 1957 se

considera la primera piedra de la tecnologa elica moderna.

Johannes Juul (1887-1969), ingeniero dans. Estudiante de Poul la Cour. Construy el primer

aerogenerador para corriente alterna de 200 kW, en Dinamarca, en 1957. Es el predecesor de

los aerogeneradores actuales.

Los 70 y los 80: La crisis del petrleo llev a un cambio en la manera de pensar de la poltica

energtica. En inters en las energas alternativas creci y llev a la creacin de programas de

investigacin y de subvenciones. Pioneros alemanes y daneses desarrollaron los primeros

aerogeneradores rentables econmicamente, que llevaron a una revolucin de la energa elica,

tanto en el aspecto industrial como en el tecnolgico.

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IV. Recopilacin de informacin

4.1. Descripcin de partes y/o componentes

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2

3

4

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9

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0

0

1

1

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12

6

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1. Estator (bobinas)

2. Varilla roscada

3. Disco rotor

4. Disco cabezal

5. Bocamasa (rodaje)

6. Tuerca

7. Perno

8. Alabe NACA 4412 tsr6 2m

9. Platina

10. Imn

11. Estructura metlica

12. Estructura cola

4.2. Proceso de construccin de componentes

Estator

Nuestro alternador va a ser trifsico por lo que tendr tres juegos de dos bobinas cada uno, o

sea que tendr dos bobinas en serie por cada fase. El estator se compone de un soporte de acero

en forma de disco sobre el que se monta una serie de lminas de chapa magntica para formar

el ncleo de hierro que servir para concentrar las lneas de campo magntico que deben

atravesar las bobinas. Estas chapas se ranurarn para permitir la introduccin de los lados de las

bobinas en su correspondiente ranura, aislada con una pieza de cartn en forma de U. En las

siguientes fotos se pueden ver las bobinas ya pegadas con resina epoxy situadas en sus ranuras

Al conectar las bobinas opuestas en serie conectamos la entrada de una con la salida de la otra.

De esta forma obtenemos seis cables de salida del alternador que podremos conectar de dos

formas: en estrella o en tringulo.

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Disco rotor

El rotor gira solidario con las palas movidas por el viento. Se compone de un disco de acero en

el que se disponen cuatro pares de imanes formando una corona circular, y en el centro va un

soporte tubular para un par de rodamientos a bolas, tal como se puede apreciar en las fotos que

siguen.

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Alabe naca 4412

Se tiene el prototipo base del alabe a disear esta contiene fibra de vidrio, se envuelve con fibra

de carbono para una mayor resistencia para luego llevarla al molde.

Se limpia el molde ya diseado para este tipo de alabes, luego se asegura dicho molde con varias

prensas para luego proceder con el vertido de la resina epoxy, se deja enfrar dicha resina por

24 horas para luego extraer el alabe, se procede con la limpieza de la rebabas y el lijado como

vemos en las siguientes figuras.

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Estructura metlica

Bsicamente es el soporte donde tiene que resistir todo el peso de los alabes y rotor, esta

estructura est hecha de tubo de acero metlico con diversas soldaduras.

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4.3. Operacin y/o funcionamiento de la maquina

Caractersticas de diseo de nuestro aerogenerador.

Modelo WindAid 4.0

Potencia Nominal 2000 W

Potencia Mxima 2500W

Voltaje Nominal 48V

Corriente Nominal 42A

Eficiencia 0.85

Produccin anual(a potencia media) Aprox 4000KWh

Voltaje de salida 220V Ac

Tipo de onda semisinusoidal

Frecuencia 60hz

Dimetro de Rotor 4m

Velocidad de arranque 2m/s

Direccin de giro anti horario

Velocidad nominal de viento 10m/s

Velocidad de frenado > 12m/s

RPM de trabajo 120-600 rpm

Material de estructura A 36

Material de torre SCH 40

Material de alabes fibras carbono/vidrio

Nmero de alabes 3

Altura de torre 9 m

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Curva de potencia:

La energa entregada por el aerogenerador va directamente relacionada con la velocidad de

viento al cubo.

Montaje Antes de empezar, se deben de tener en cuenta los pasos a seguir para el correcto montaje del

aerogenerador y tomar una serie de precauciones importantes.

Las precauciones a seguir deben de ser:

No planifique la instalacin del aerogenerador en das de viento.

No deje el generador funcionando libremente. Con el aerogenerador funcionando

libremente, el sistema de frenado automtico por inclinacin no funciona, esto podra

producir daos irreparables en el aerogenerador.

Cableado elctrico

regulador

Montaje de la

torre

Montaje del

aerogenerador

Pruebas de

funcionamiento

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Utilice el cableado adecuado.

Inversor de voltaje SUN-2500W

La funcin de un inversor es cambiar un voltaje de entrada de corriente continua a un voltaje

simtrico de salida de corriente alterna, con la magnitud y frecuencia deseada por el usuario o

el diseador. Los inversores se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, desde pequeas

fuentes de alimentacin para computadoras, hasta aplicaciones industriales para controlar alta

potencia. Los inversores tambin se utilizan para convertir la corriente continua generada por

los paneles solares fotovoltaicos, acumuladores o bateras, etc., en corriente alterna y de esta

manera poder ser inyectados en la red elctrica o usados en instalaciones elctricas aisladas.

Advertencia:

No exponga el inversor a lluvia o poner en un lugar hmedo, puede causar descarga

elctrica.

No inserte los metales como el alambre desnudo en el zcalo o el interior de la salida el

inversor a travs del agujero de ventilacin. Si no puede causar descarga elctrica

No ponga el inversor en el lugar en donde los nios pueden alcanzar, l puede causar

daan y descarga elctrica. Cuando el inversor de la energa se utiliza durante mucho

tiempo, ser caliente, tenga por favor cuidado. Guarde el inversor de los materiales

inflamables, de los humos o de los gases cuando est utilizado. El enfriamiento

apropiado es necesario mientras que funcione.

La conexin confiable de la salida de la entrada del inversor y de la corriente continua

Es tan necesaria que la corriente de entrada es considerable grande cuando el inversor

est funcionando. Fuente de energa:El inversor de la energa es accionado por las

bateras o los surtidores de la C.C. Para las bateras o los surtidores de la C.C., el voltaje

de la salida debe estar en la rabia preceptiva del voltaje de entrada del inversor y la

corriente de salida debe cumplir el requisito de la operacin de los inversores. El

requisito del detalle depende de la energa de la carga. Si con la energa de batera que

provee, la poca que usa de la batera tiene la relacin con la capacidad de la batera y

la energa de la carga conectada. Cuando la batera es llena, el mtodo calculador simple

del tiempo que usa es se: Tiempo (hora) = capacidad de la batera (AH) [corriente

elctrica de usar (W) q (v)].

El que depende del voltaje de la batera.

Refiriendo a la batera 12V, q = 10; refiriendo a la batera 24V,

q = 20; refiriendo a la batera 48V, q = 40.

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Por ejemplo el uso del inversor de la entrada de C.C. 24V la batera 24V, si la capacidad de la

batera es 300AH y en este tiempo el inversor con la carga de la energa 2000W, despus en la

condicin de la batera es llena, segn la frmula arriba:

El tiempo del uso de la batera = 300 (AH) [2000 (W) 20 (v)] = 3 (hora). sa es bateras se puede

utilizar por 3 horas.

Conexin de la aplicacin (uso como el solo): Atencin el poste positivo y poste negativo al atar

con alambre. Conecte el terminal de O del clip rojo con el terminal rojo del inversor y el terminal

de O del clip negro con el terminal negro del inversor, despus conecte el clip rojo con el poste

positivo de la corriente continua Y el clip negro con el poste negativo de la corriente continua.

Encienda el inversor. Si indicador LED es verde, significa trabaja correctamente, si el LED es rojo,

y la alarma emitir un sonido breve y agudo, significa que el inversor es culpable y si satisfaga

tan apague el inversor inmediatamente y comprueba el inversor.

Inserte el enchufe de la aplicacin en el enchufe del inversor. Encienda el inversor. Si el indicador

es verde, la aplicacin puede trabajar correctamente. El inversor tiene suave-empieza la funcin.

Cuando el inversor est funcionando, si la alarma emite un sonido breve y agudo, el indicador

LED tomara el rojo, que significa que el inversor es culpable. La avera correspondiente se puede

identificar segn las indicaciones de la exhibicin del sistema de la seccin de la especificacin.

Despus de fijar la avera, usted puede recomenzarla.

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4.4. Esquema general del funcionamiento de la maquina

En caso de una instalacin mixta, con la opcin del calentador de agua, la instalacin podra

tener la siguiente forma:

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4.5. Fotos

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V. Investigacin

1. Reconocimiento de Perfiles alares utilizados en los aerogeneradores.

Los perfiles que han sido utilizados son los: Naca 4412 y Naca4415, los

ngulos respectivamente son 9 y 8.5

2. Modelamiento de perfiles alares utilizados en distintas maquinas

Hacemos uso del programa Solidworks , los perfiles han quedado de la

siguiente manera

Naca 4412:

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Naca4415:

Se necesita solidworks

3. Encontrar coeficientes de Arrastre y Sustentacin por DFC

Naca 4412

Name Unit Value Pro Use in

convergence

Delta Criteria

Arrastre N 0.925 100 On 0.00943289049 0.0178549514

Sustentacion N 3.613 100 On 0.069471525 0.0776188873

C. Sustentacion 5.5566747 100 On 0.106852967 0.119384286

C. Arrastre 1.4223103 100 On 0.0145085679 0.027462396

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Naca 4415

Name Unit Value Progress Use in

convergence

Delta Criteria

arrastre N 1.213 100 On 0.0151581853 0.036693972

sustentacion N 3.077 100 On 0.103986559 0.10565402

C.Sustentacion N 3.277 100 On 0.110727659 0.112503216

c.Arrastre N 1.292 100 On 0.0161408396 0.0390727191

4. Angulo de ataque optimo

Naca 4415: Angulo ptimo es 9

Naca 4412: Angulo ptimo es 8.5

5. Mostrar distribucin de Presiones para cada caso

Naca 4412

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Naca 4415

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VI. Conclusiones Los perfiles que han sido utilizados son los: Naca 4412 y Naca4415, los ngulos

respectivamente son 9 y 8.5.

Resultado para naca 4412

C. Sustentacin: 5.5566747

C. Arrastre: 1.4223103

Resultados para naca 4415

C.Sustentacion:3.277

C.Arrastre:1.292

Velocidad mxima y mnima para 4412

Max: 24.77m/s (distancia de 0.8692m)

Min: 1.3033m/s (distancia de -0.1307m)

Velocidad mxima y mnima para 4415

Max: 25.2767m/s (distancia de 0.1908m)

Min: 0.2715m/s (distancia de -0.1434m)

VII. Sugerencias y recomendaciones la ONG windaid debera pedir ms apoyo e invertir ms en mquinas de fabricacin en

serie para tener un proceso ms organizado, lo cual obtendramos mayor produccin

as podramos ayudar a ms personas en el Per que carecen de energa elctrica.

Windaid debera traer los expertos que estn en los estados unidos para que nos

orienten mejor y para aprender ms de ellos

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VIII. Bibliografa

Mecnica de fluidos de Irving H Shames (tercera edicin), impreso en

Colombia ao 1995, editora: Martha Edna Suarez.

Mecnica de fluidos fundamentos y aplicaciones de Yonus Cengel (sptima

edicin), impreso en Mxico ao 2006, Traducido de la primera edicin de:

FLUID MECHANICS. FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS.

Copyright MMVI by The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

Como construir un generador elico Copyright MMVI by The McGraw-Hill

Companies, Inc. All rights reserved.

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