aerogenerador

Instituto Tecnológico de Cd.Juárez
Laboratorio de Ingeniería Eléctrica


Práctica No.9
Módulo aerogenerador

Nombre de alumnos: Ing.Enrique Rivas
Edgar Ely Avila Delgado 11110928
Jared Alberto Cano Reyes 11060053
Carlos Alberto Parra Torres 11110931
Cristian Eduardo Perez Ulloa 11110941
Rogelio Gurrola Calderón 11110946


30 de abril del 2015 7 de mayo del 2015




Ave. TecnologicoDel Mar, Fuentes del Valle
C.P. 32500 Juárez, Chihuahua
Tel. 656 688 2515
Internet: www.itcj.edu.mx

Certificado ISO 9001-2008

Contenido
1.- Objetivo. 3
2.- Marco Teórico. 3
3.- Material a utilizar. 6
4.- Desarrollo 7
5.- Resultados 9
6.- Conclusiones 9


1.- Objetivo.
En esta actividad, usted se familiarizará con un aerogenerador y aprenderá cómo instalar y operar correctamente un sistema de energía eólica.
2.- Marco Teórico.
El aerogenerador es el principal componente de trabajo de un sistema de energía eólica. Está formado por dos secciones principales: la turbina eólica que captura la energía cinética del viento y hace girar un eje y el generador eléctrico que convierte la energía mecánica del eje rotatorio en energía eléctrica. Es decir, los aerogeneradores se encargan de convertir la energía cinética del viento en energía eléctrica. El diseño de los aerogeneradores recrea la apariencia de los antiguos molinos de viento. Su principio de funcionamiento se basa en aprovechar la energía eólica y transformarla limpiamente en energía eléctrica. Para explicarlo de manera más sencilla, el flujo del viento hace girar las paletas de la turbina dentro del aerogenerador de manera que dentro del aerogenerador genera electricidad a través de la rotación de una gigantesca bobina magnética.
La mayor cantidad de energía eólica que se puede convertir en electricidad es un valor teórico de 59% llamado el Límite de Betz. Sin embargo, muchas turbinas funcionan a sólo la mitad de ese valor debido a pérdidas, tanto mecánicas como térmicas y a otras ineficiencias tales como las pérdidas electromagnéticas en la etapa de generación. Tecnologías emergentes están ayudando constantemente a mejorar la eficiencia de los aerogeneradores.

Nariz—reduce la resistencia del viento en la superficie frontal de buje.
Aspas—el buje contiene múltiples aspas para capturar a energía eólica.
Buje o centro rotatorio—parte frontal del rotor para asegurar las aspas de la hélice y la nariz.
Cara/rodamiento—soporta el eje mientras que le permite girar.
Rotor—eje principal con un disco de imanes (o electroimanes) permanentes que gira. Las aspas de a turbina y el buje se consideran parte del rotor.
Estator—bobina que permanece inmóvil.
Nacela o góndola—el cuerpo o fuselaje del' ensamblaje.
Cola—mantiene a la turbina orientada con el viento.
Rodamiento de viraje—permite a la unidad girar o rotar horizontalmente para orientarse de frente al viento.
Controlador—un sistema electrónico que permite regular el frenado, la velocidad rotacional, la potencia de salida, la inclinación de las aspas, etc.

2.1- Generadores de eje vertical
Son aquellos en los que el eje de rotación se encuentra perpendicular al suelo. También se denominan VAWT (del inglés, Vertical Axis Wind Turbine), en contraposición a los de eje horizontal o HAWT.
Sus ventajas son:
Se pueden situar más cerca unos de otros, debido a que no producen el efecto de frenado de aire propio de los HAWT, por lo que no ocupan tanta superficie.
No necesitan un mecanismo de orientación respecto al viento, puesto que sus palas son omnidireccionales.
Se pueden colocar más cerca del suelo, debido a que son capaces de funcionar con una menor velocidad del viento, por lo que las tareas de mantenimiento son más sencillas.
Mucho más silenciosos que los HAWT.
Mucho más recomendables para instalaciones pequeñas (de menos de 10 kW) debido a la facilidad de instalación, la disminución del ruido y el menor tamaño.
Sus desventajas son:
Al estar cerca del suelo la velocidad del viento es baja y no se aprovechan las corrientes de aire de mayor altura.
Baja eficiencia.
Mayor gasto en materiales por metro cuadrado de superficie ocupada que las turbinas de eje horizontal.
No son de arranque automático, requieren conexión a la red para poder arrancar utilizando el generador como motor
Tienen menor estabilidad y mayores problemas de fiabilidad que los HAWT. Las palas del rotor tienen tendencia a doblarse o romperse con fuertes vientos.


2.2- Generadores de eje horizontal
Son aquellos en los que el eje de rotación del equipo se encuentra paralelo al suelo. Esta es la tecnología que se ha impuesto, por su eficiencia y confiabilidad y la capacidad de adaptarse a diferentes potencias.
Todos los aerogeneradores de eje horizontal tienen su eje de rotación principal en la parte superior de la torre, que tiene que orientarse hacia el viento de alguna manera. Los aerogeneradores pequeños se orientan mediante una veleta, mientras que los más grandes utilizan un sensor de dirección y se orientan por servomotores o motorreductores.
Existen 2 tecnologías de generadores eléctricos: multi-polos y de imanes permanentes. Los primeros funcionan a velocidades del orden de 1000 rpm. Dado que la velocidad de rotación de las aspas es baja (12 rpm), requieren el uso de una caja reductora para conseguir una velocidad de rotación adecuada. Los de imanes permanentes no la requieren.
En la mayoría de los casos la velocidad de giro del generador está relacionada con la frecuencia de la red eléctrica a la que se vierte la energía generada (50 o 60 Hz).
En general, las palas están emplazada de tal manera que el viento, en su dirección de flujo, la encuentre antes que a la torre (rotor a barlovento). Esto disminuye las cargas adicionales que genera la turbulencia de la torre en el caso en que el rotor se ubique detrás de la misma (rotor a sotavento. A pesar de la desventaja en el incremento de la turbulencia, se han construido aerogeneradores con hélices localizadas en la parte posterior de la torre, debido a que se orientan en contra del viento de manera natural, sin necesidad de usar un mecanismo de control. Este tipo de montaje se justifica debido a la gran influencia que tiene la turbulencia en el desgaste de las aspas por fatiga. La mayoría de los aerogeneradores actuales son de este último modelo.


3.- Material a utilizar.
El equipo a utilizar durante esta práctica será:

Aerogenerador
Multímetro
Tacómetro
Cables
Amperímetro
Interruptores de desconexión (2)
Disyuntores (2)

4.- Desarrollo
Antes de comenzar la práctica realizamos el protocolo de seguridad, después de esto procedimos a realizar el alambrado requerido según la ilustración proporcionada:


Luego de realizar la conexión verificamos que este hecha correctamente, nos ayudamos con una imagen ilustrativa de la conexión:

Al finalizar la conexión se monta el motor de cc del simulador de viento acoplándolo al eje de la turbina:


Luego se giran los interruptores a la posición de encendido, y poco a poco comenzamos a aumentar la velocidad del motor, para esto nos ayuda el regulador de potencia del motor que se aprecia en la imagen.

Se capturan los datos obtenidos a diferentes rpm, y al terminar se desenergiza el motor lentamente hasta frenarlo por completo y se realiza la desconexión del equipo.
5.- Resultados
Observe la lámpara LED debajo de la cola del aerogenerador, ¿el LED rojo de la turbina estaba encendido?
Si, lo cual indica que el aerogenerador ha comenzado a trabajar.

Antes de encender el motor el voltaje en el banco de baterías fue de 10.34 V, luego se puso en marcha el motor y se tomó una medición a 670 rpm arrojando como resultado 10.86 V. Posteriormente se lleva el motor a la máxima velocidad alcanzando 1800 rpm, donde entrego como resultado 12.2 V.
Después de alcanzar la máxima velocidad del motor se tomaron mediciones cada 30 segundos, en total se realizaron 6 mediciones a máxima velocidad:
Tiempo (segundos)
Voltaje medido
30
12.25 V
60
12.28 V
90
12.30 V
120
12.31 V
150
12.32 V
180
12.33 V

Al aumentar la velocidad del motor de cc aumenta el voltaje en el banco de baterías ya que se tiene mayor inducción en el generador que está dentro de la bobina, y al paso del tiempo el voltaje aumenta ya que las baterías adquieren carga.
6.- Conclusiones
Los aerogeneradores son medios de transformación de energía, ya que la energía cinética del viento la transforman en energía eléctrica. Esto gracias a la forma de sus hélices que comienzan a moverse cuando la velocidad del viento aumenta, y al moverse las hélices impulsan un rotor que está conectado a un generador.
Gracias a este tipo de tecnologías se puede obtener energía sin dañar al medio ambiente ya que generan energía bajo los mismos principios que los medios más convencionales solo que con una fuente de energía que no genera residuos ni gases contaminantes.