CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE
GENERADOR EÓLICO
PROYECTO DE INVEZTIGACIÓN
UNIVERSIDAD NACIONAL
DE ANCASH
Facultad de Ing. Civil
C.P.: Ing. Civil
“AÑO DE LA LUCHACONTRA LA CORRUPCIÓN Y LA IMPUNIDAD”
ASIGNATURA:
Mecánica de Fluidos
DOCENTE:
SILVA LINDO Marco Antonio
INTEGRANTES:
HUAMAN RIVERA Erick Junior
AYALA CHAVEZ Juan
FECHA DE ENTREGA:
102.0904.347
071.0763.114
11-01-19
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA VIVIL
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
FIC
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CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE
GENERADOR EÓLICO
PROYECTO DE INVEZTIGACIÓN
UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO
ANTUNEZ DE MAYOLO
FACULTAD DE ING. CIVIL
CARRERA PROFESIONAL DE ING. CIVIL
Mecánica de Fluidos
Título:
“CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR EÓLICO”
Proyecto de Mecánica de Fluidos
Responsables:
HUAMAN RIVERA Erick Junior
AYALA CHAVEZ Juan
ENERO DEL 2019
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GENERADOR EÓLICO
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INTRODUCCIÓN
Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes
naturales virtualmente inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energía
que contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales.
Entre las energías renovables se cuentan la eólica, geotérmica, hidroeléctrica,
mareomotriz, solar, undimotriz, la biomasa y los biocombustibles.
La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a
disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar
termoeléctricas a base de combustibles fósiles, lo que la convierte en un tipo de
energía verde. Su principal inconveniente es la intermitencia del viento.
El viento es energía en movimiento. El ser humano ha utilizado esta energía de
diversas maneras a lo largo de su historia: barcos a vela, molinos, extracción
de agua de pozos subterráneos. En la actualidad, el viento se usa también para
producir electricidad. Al soplar, el viento mueve las aspas de un molino. Esta
energía cinética se transforma, mediante un generador, en energía eléctrica.
En algunos países, como Dinamarca y Alemania, existen granjas eólicas, en
las que cientos de molinos son impulsados por el viento, produciéndose
electricidad suficiente para alimentar ciudades completas.
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GENERADOR EÓLICO
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CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR EÓLICO
I.
EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
1. ENUNCIADO DEL PROBLEMA
1.1. Antecedentes:
Oscar Iván Orduz Berdugo, en su trabajo de grado para optar al título de
Ingeniero Mecánico, titulado “Diseño y construcción de un prototipo de
turbina eólica de eje vertical para generación a baja potencia”. Tuvo
como objetivo: realizar el diseño y construcción de un prototipo de
turbina eólica de eje vertical, la iniciativa surge como un intento por
investigar, adoptar y aplicar los principios y bases del conocimiento en
ingeniería, involucradas en el funcionamiento de este tipo de máquinas.
La metodología de trabajo propuesta, inicialmente se encamina a
mencionar los principales aspectos teóricos y principios físicos que
gobiernan el funcionamiento de estas máquinas, así como los principales
componentes asociados a un sistema de generación de baja potencia.
Llegando a la conclusión principal de que La turbina logro generar una
cantidad de potencia cercana a los 44 W, operando en regímenes de
viento superiores a los 10 m/s lo que supone una eficiencia de
generación del 7%. Este hecho obedece a distintas variables de diseño o
estimación de factores que no se tuvieron en cuenta a profundidad y que
por la relativa extensión del trabajo no se analizaron con detalle.
Hamilton Eduardo Quezada Sarango, en su Tesis de Grado previo a
optar el Título de Ingeniero Electromecánico, titulada “Construcción y
parametrización funcional de un prototipo de aerogenerador de eje
vertical”. Tuvo como objetivo: construir y parametrizar un aerogenerador
de eje vertical, el mismo que pretende lograr interés en salvaguardar el
futuro del medioambiente a través del proceso de enseñanza y
aprendizaje en nuestra área. Se pretende que con este trabajo se pueda
llegar a comprender la situación en la que se ha encontrado ya hace
varios años, no depender solamente de la energía que es proporcionada
por combustibles o por las centrales hidroeléctricas. La metodología
utilizada inicia con la construcción de las partes aerodinámicas del
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GENERADOR EÓLICO
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aerogenerador, considerando una hélice modelo, a fin de obtener una
respuesta satisfactoria del mismo. Llegó a las siguientes conclusiones:
Los diversos mecanismos del aerogenerador (Toberas, palas, discos de
transmisión de potencia, etc.), permiten obtener un rendimiento
mecánico aproximado del 36.19 %, considerado aceptable de acuerdo al
tipo de turbina utilizada ya que los rendimientos máximos en el tipo de
rotores promedian en un 40 %. Mediante la utilización de un moderno
software de ingeniería como es el ANSYS, se logró simular el
comportamiento de los diferentes componentes del aerogenerador
sometidos a cargas que se asemejan a las condiciones reales de viento
a
las
que
operará
este
equipo
corroborando
el
adecuado
dimensionamiento de los componentes.
1.2. Características:

El proyecto está relacionado con el tema: “Construcción de un
prototipo de turbina eólica para generar energía eléctrica”, tiene
como finalidad calcular la relación de la potencia que genera el
viento contra la potencia eléctrica producida al generarse este
viento, específicamente calcular la eficacia de este método de
obtención de energía. Se pretende identificar la razón por la que este
método es factible a la hora de obtener energía eléctrica.

El proyecto se realizará a través de un experimento a escala de un
Generador eólico o Aerogenerador, que es básicamente un sistema
de aspas el cual estará conectado a un generador eléctrico con el
objetivo que provechar la energía del viento para mover las aspas
del molino y producir energía.

La energía producida por los aerogeneradores es completamente
limpia, no produce ningún tipo de contaminación ni residuos, por lo
que se considera uno de los sistemas de generación de energía más
limpios que existen actualmente.
2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Qué factores influyen en el proceso de generación de energía eléctrica
por medio de energía eólica?
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GENERADOR EÓLICO
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¿Existe una relación entre la cantidad de viento producido por un
generador eólico y la obtención de energía eléctrica?
¿Cuál es la eficacia de la realización de este método de obtención de
energía?
3. JUSTIFICACIÓN
El proyecto de investigación sobre se justifica por las siguientes
razones:
3.1. Porque este es un método bastante eficaz para la obtención de
energía para suplir la demanda de energía eléctrica de la actualidad.
3.2. Este tipo de generadores se ha popularizado rápidamente al ser
considerados una fuente limpia de energía renovable, ya que no
requieren, para la producción de energía, una combustión que produzca
residuos contaminantes o gases implicados en el efecto invernadero.
3.3. Para la reducción de los costes anuales de la electricidad como
resultado de la producción de la misma por el sistema de energía eólica:
debe tener en cuenta expectativas futuras del precio de la electricidad
3.4. La investigación planteada podría a gran escala lograr:

Aumento de la eficiencia de la red eléctrica: si la energía se
genera cerca de punto de consumo, las pérdidas en la red
eléctrica disminuyen.

Menores costes de servicio: después de su inversión inicial en
energía eólica, la factura mensual se verá reducida; el viento,
después de todo, es gratis.

Protección del clima: los sistemas de energía eólica no emiten
nada de dióxido de carbono durante su funcionamiento.
6
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
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Seguridad de suministro: si usa un sistema con baterías de
almacenamiento, su sistema eólico puede funcionar, aunque no
se suministre electricidad de la red.
4. LIMITACIONES

Funcionan a velocidades medias del viento: a velocidades bajas el
viento no ejerce sobre ellos la suficiente fuerza como para
moverlos y a velocidades altas la energía del viento es tan
poderosa que provocarían desperfectos en el aerogenerador.

Baja eficiencia energética: sólo aprovechan una componente de la
fuerza del viento por lo que su coeficiente de potencia nunca podrá
ser elevado.

Presentan un elevado coste de diseño, fabricación, montaje y
mantenimiento.

Fuerte impacto medioambiental: debido a la elevada altura de los
postes tiene impacto visual y paisajístico. Además, su estructura y
funcionamiento los hacen altamente peligrosos para las aves
circundantes.

Sera un reto incentivar a la población al cambio a este tipo de
energía ya sea un cambio de mentalidad acerca del tema en la
implementación de equipos que aprovechen la energía eólica.
II. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1. Objetico general:

Analizar la relación que existe entre la potencia producida por un
generador eólico y la cantidad de energía eléctrica generada en el
proceso.
2. Objetivos específicos:

Calcular la potencia eléctrica que produce la energía del viento
como una alternativa de abastecimiento energético.

Calcular la velocidad de las aspas al transformar la energía cinética
en energía mecánica.
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GENERADOR EÓLICO
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III. HIPÓTESIS Y VARIABLES
1. Hipótesis:
La energía eólica es un método viable para la obtención de energía
eléctrica
1.1. Variables:
Variable Independiente: La energía eólica.
Variable Dependiente: es un buen método viable para la obtención de
la energía eléctrica.
2. Hipótesis
La potencia producida por el generador es completamente aprovechada
por los diodos leds.
1.1. Variables:
Variable Independiente: La potencia producida por el generador
Variable Dependiente: es completamente aprovechada por los diodos
leds.
IV. MARCO TEÓRICO
1. EL RECURSO VIENTO
1.1 El recurso eólico
La determinación precisa del recurso eólico es una tarea difícil e incierta,
especialmente cuando se compara con la energía solar o la energía
hidráulica. Las razones para estas son las siguientes:
Una gran variabilidad de velocidad del viento se encuentra en las
diferentes regiones del mundo, desde un promedio anual la velocidad de
2m/s hasta 4 a 7 m/s en lugares con mucho viento. Esta variación en
viento implica una mayor variabilidad en la potencia disponible.
Inmensas diferencias en velocidad de viento (y por ende en potencia) se
observa en pequeñas distancias debido a la cambiante topografía del
terreno y su rugosidad. En pequeñas distancias la potencia eólica puede
variar en un orden de magnitud.
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Es difícil medir el potencial eólico con precisión. El viento, generalmente,
se mide con su velocidad y dirección.
1.2 Patrones Globales de circulación de viento.
El viento es aire en movimiento y es una forma indirecta de la energía
solar este movimiento de masas de aire se origina por diferencias de
temperatura causada por la radicación solar sobre la superficie terrestre, y
junto a la rotación de la tierra, crean entonces los llamados patrones
globales de circulación.
El flujo de energía solar total absorbido por la tierra es del orden de 10 17
vatios lo cual es aproximadamente 10 000 veces la taza total mundial del
consumo energético. Una pequeña porción del flujo total solar se
convierte en movimiento atmosférico o viento.
En una escala global las regiones alrededor del ecuador reciben una
ganancia neta de energía mientras que en las regiones polares hay una
pérdida neta de energía por radiación. Esto implica un mecanismo por el
cual la energía recibida en las regiones ecuatoriales sea trasportada a los
polos.
1.3 Métodos utilizados para medir la velocidad del viento.
Estimación de recursos eólicos se basan en algunas estrategias útiles
como son información empírica y anemómetros.
1.3.1 Información empírica.
Esta información se recoge con base a visitas realizadas al lugar, donde
las condiciones de topografía, de vegetación y la información de los
habitantes de la región aportan valiosa información en la identificación
de lugares con altos noveles de velocidad de viento. Por ejemplo, la
constante incidencia del viento en los arboles a lo largo del tiempo, o
sobre la vegetación, hacen q estos crezcan inclinados en la dirección
predominante de viento.
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1.3.2 Información mediante anemómetros.
Un anemómetro es un aparato destinado a medir la velocidad relativa del
viento que incide sobre él. Si el anemómetro este fijo colocado en tierra,
entonces medirá la velocidad del viento reinante, pero si está colocado
en un objeto en movimiento puede servir para apreciar la velocidad de
movimiento relativo del objeto con respecto el viento en calma.
Un anemómetro electrónico tiene la hélice de tipo helicoidal, tiene
acoplado al eje un diminuto generador de impulsos eléctricos, que son
contados por unidad de tiempo por el contador electrónico a baterías y
mostrados en pantalla ya calibrados a velocidad de viento.
La precisión de estos anemómetros depende en gran medida del
operador, ya que es este, el que debe dar la adecuada orientación de
frente al viento
La dificultad de este sistema radica en que el anemómetro deberá estar
localizado en un lugar donde las condiciones sean limpias, con muy
pocos obstáculos alrededor.
2. ENERGÍA EÓLICA
2.1. Concepto
Energía eólica es la energía obtenida del viento, es decir, la energía
cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es
transmutada en otras formas útiles de energía para las actividades
humanas.
En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para
producir energía eléctrica mediante aerogeneradores. A finales de 2011,
la capacidad mundial de los generadores eólicos fue de 238 giga
vatios. En 2011 la eólica generó alrededor del 3% del consumo de
electricidad mundial En España la energía eólica produjo un 16% del
consumo eléctrico en 2011.
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GENERADOR EÓLICO
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La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a
disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar
termoeléctricas a base de combustibles fósiles, lo que la convierte en un
tipo de energía verde. Su principal inconveniente es la intermitencia del
viento.
2.2. Antecedentes
La energía eólica es una de las formas de energía más 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 generación
de electricidad a través de aerogeneradores no ha jugado un gran papel.
Con la primera crisis del petróleo en los años 70, sobre todo a partir de los
movimientos contra la energía nuclear en los años 80 en Europa, se
despertó el interés en energías renovables. Se buscaron nuevos caminos
para explotar los recursos de la Tierra tanto ecológicamente como
rentables económicamente. Los aerogeneradores de aquella época eran
demasiado caros, y el elevado precio de la energía que se obtenía a
través de los mismos era un argumento para estar en contra de su
construcción. Debido a esto, los gobiernos internacionales promovieron la
energía
eólica
en forma de
programas de
investigación y de
subvenciones, la mayoría de las mismas aportadas por los gobiernos
regionales.
Así se crearon institutos como el Instituto Alemán de la Energía Eólica
(DEWI) o el Instituto de Investigación Danés (Riso), que poco a poco han
llevado a cabo una estandarización de las instalaciones y de los métodos
de seguridad ha llevado y está llevando a cabo un mejor rendimiento
económico de las instalaciones.
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GENERADOR EÓLICO
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Los altos costes de generación de electricidad a partir del viento se
redujeron considerablemente en 1981 al 50% con el desarrollo de un
aerogenerador de 55 kW. Las organizaciones ecológicas consideran la
energía eólica una de las fuentes de energía más económicas si incluimos
los costes externos de generación de energía (por ejemplo, los daños del
medio ambiente).
Los
aerogeneradores
modernos
generan
actualmente
una
parte
importante de la energía electricidad mundial. Alemania, USA y España
son los tres países con más energía eólica instalada del mundo.
2.3. Características
Una las características más importantes de la energía eólica, es que para
su funcionamiento se necesita de la instalación de un aerogenerador. Otra
de las características es que transforma la energía eléctrica sin la
necesidad de emitir sustancias tóxicas a la capa de ozono. Además, son
de gran ayuda en lugares alejados dónde se dificulta muchísimo la
llegada de electricidad.
Otra de las características de la energía eólica es que puede producir
electricidad para abastecer a un parque eólico o grandes centrales de
electricidad. Como hemos visto las características de la energía eólica
son en mayoría muy favorables.
La energía eólica es muy segura y disponible, pero recordemos que sí o
sí precisaremos de las máquinas especializadas para la recolección de la
misma, de otra manera sería muy difícil e inclusive casi imposible.
Debemos disponer de un capital inicial bastante elevado para la compra e
instalación del mismo.
2.4. Ventajas

Es un tipo de energía renovable ya que tiene su origen en procesos
atmosféricos debidos a la energía que llega a la Tierra procedente del Sol.
12
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
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Es una energía limpia ya que no produce emisiones atmosféricas ni
residuos contaminantes.

No requiere una combustión que produzca dióxido de carbono (CO2), por
lo que no contribuye al incremento del efecto invernadero ni al cambio
climático.

Puede instalarse en espacios no aptos para otros fines, por ejemplo en
zonas desérticas, próximas a la costa, en laderas áridas y muy empinadas
para ser cultivables.

Puede convivir con otros usos del suelo, por ejemplo prados para
uso ganadero o cultivos bajos como trigo, maíz, patatas, remolacha, etc.

Su inclusión en un sistema ínter ligado permite, cuando las condiciones
del viento
son adecuadas,
ahorrar combustible en
las centrales
térmicas y/o agua en los embalses de las centrales hidroeléctricas.
3. TECNOLOGÍA EÓLICA
3.1. Componentes de los equipos de conversión de energía eólica.
3.1.1. Rotor:
El rotor de una turbina eólica, es la parte esencial para la conversión de
energía, el rotor convierte la energía cinética del aire en energía
mecánica rotacional útil en un eje. Este se compone de las aspas y el
cubo (elemento de sujeción de las aspas y conexión del eje del equipo).
3.1.2. Torre:
Para maximizar la eficiencia de extracción de energía del viento, las
turbinas eólicas deben estar localizadas por encima de obstrucciones
que perturban el flujo del aire. Aire perturbado por influencia de
obstrucciones como vegetación, árboles, edificios, etc. no fluye suave
sobre la turbina reduciendo la eficiencia de conversión.
3.1.3. Generador:
El generador es el elemento que convierte la energía rotacional del eje
de la turbina en electricidad. En algunos casos se conecta a través de
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una caja de aumento de velocidad. El generador produce corriente
alterna o corriente directa.
3.1.4. Conexiones eléctricas y controladores:
Las conexiones eléctricas y los controladores son todos los elementos
necesarios para acondicionar y controlar la energía eléctrica producida
por el aerogenerador. Esto incluye los contadores, interruptores focos de
carga, inversores y baterías. Estos equipos son los que permiten
controlar la calidad de suministro de energía eléctrica. Para el sistema
de carga de baterías, un controlador de carga es utilizado para proteger
las baterías de descarga o sobrecarga. Generalmente se utiliza un
inversor de corriente para convertir la corriente directa de las baterías en
corriente
alterna
requerida
para
operar
equipos
eléctricos
convencionales.
4. MANTENIMIENTO
Cualquier máquina requiere de un mantenimiento adecuado para operar de
una manera eficiente y tener la vida útil para la cual fue diseñado.
Un equipo básico de herramientas para hacer el mantenimiento de un
molino de viento es el siguiente: plomada e hilo, llave para tubos de hasta
2-1/2 pulgadas, juego de 6 o más llaves fijas, nivel, alicate y
destornilladores
V. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN.
1. TIPO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
1.1. Tipo de investigación:
1.1.1. El Enfoque de la investigación es Cuantitativo; ya que se usa
la recolección de datos para comprobar la potencia producida por el
generador, con base en la medición numérica y el análisis estadístico,
para establecer patrones de comportamiento y probar la hipótesis.
1.1.2. El Alcance de la investigación es Descriptivo; la cual consiste
en
llegar
a
conocer
las situaciones,
costumbres
y actitudes
14
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GENERADOR EÓLICO
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predominantes a través de la descripción exacta de las actividades,
objetos, procesos y personas.
Por su propósito fundamental es Investigación Aplicada, Tecnológica o
de Desarrollo porque el propósito fundamental del proyecto consiste en
la generación de energía eléctrica a partir de fuentes renovables como
el viento, el objetivo de este consiste básicamente en la construcción y
operación de un generador de energía eólica, otro ítem que se tomara
en cuenta es el uso de herramientas para la elaboración de dicho
generador el cual servirá para medir el voltaje que la energía eólica
transmite a través de él, este aspecto es importante, ya que
conociendo los recursos con los cuales se cuentan, es de esta manera
como se puede conocer que limites presenta el proyecto.
La generación de energía eólica es una tarea que la humanidad está
descubriendo no solo como importante sino también como vital para el
desarrollo de las futuras generaciones
1.2. Diseño de la investigación:
Experimental - preexperimentales: en este diseño analizamos
cambios mediante la construcción y medición de la potencia del
prototipo de un generador eólico.
2. POBLACIÓN Y MUESTRA
1.1. Población: Factibilidad de uno de la energía eólica .
1.2. Muestra: potencia producida por un generador eólico.
3. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOPILACIÓN DE DATOS
La técnica que utilizaremos será la observación de campo y el
instrumento de recopilación de datos será una guía de observación de
campo (Diario, cuaderno de notas, mapas, dispositivos mecánicos o de
registro)
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GENERADOR EÓLICO
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4. PLAN DE RECOPILACIÓN DE DATOS
ETAPA I: ACCIONES PRELIMINARES
Actividades:

Elaboraremos cuadros para la rápida selección de datos

Prueba de los instrumentos.
ETAPA II: TRABAJO DE RECOPILACIÓN

Con los instrumentos de medición adquiridos recopilaremos los
datos los cuales posteriormente serán calculados
ETAPA III: ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL RECOPILADO

Contabilización y resguardo de instrumentos aplicados.

Organización de los instrumentos y resultados.
5. PLAN DE PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN
Antes del procesamiento de la información se realizará con los
siguientes pasos para construir nuestro aerogenerador.
5.1. Pasos para la construcción del Generador Eólico
El experimento consta de seis partes principales a continuación, se
enumeran detalladamente cada uno de los pasos a seguir para construir
el generador eólico
Paso 1.
Fijar la torre con cuatro clavos en la base de madera. Hacer cuatro
agujeros en la parte superior con un taladro.
Paso 2.
Soldar los cables en los respectivos polos del generador, cubrir el
generador con su cubierta externa previamente pintada en color plata.
16
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GENERADOR EÓLICO
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Introducir Alambre de cobre en los agujeros de la torre para fijar el
generador de manera que este no se mueva con la fuerza del viento.
Paso 3.
Pegar permanentemente las aspas en el eje del generador, Fijar los
cables que van del generador a los terminales a la torre con cinta
aislante.
Paso 4.
Colocar los bits en tabla de terminales, hacer las respectivas conexiones
eléctricas para que los bits enciendan al girar las aspas del generador.
Fijar la tabla de terminales en la base de madera.
Paso 5.
Generar viento artificial con una secadora de cabello y probar el
funcionamiento correcto si los bits encienden, hemos logrado el objetivo
principal transformar energía mecánica en energía eléctrica.
Paso 6.
Realizar los cálculos respectivos, para demostrar prácticamente la
eficacia del proyecto; Podemos apoyarnos con ayuda de un Multitester
para comprobar los resultados.
5.2. Diagrama de bloque para la corriente
Representación gráfica, de las conexiones realizadas en el circuito del
Generador Eólico, donde se puede identificar cada diodo LED y con su
respectiva resistencia.
CIRCUITO EN PARALELO
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R1
LED
ROJO
R2
LED
VERDE
R3
LED
AMARILLO
+ -
Cada diodo LED cuenta con una resistencia que lo protege de
quemarse, están conectados en paralelo, tanto los diodos LED como las
resistencias.
Cuando el viento hace girar las aspas transforma la energía mecánica en
eléctrica atreves del generador y conduce una corriente que alimenta los
LED para que estos enciendan.
5.3. Procedimiento de cálculo
Para las aspas:
El aire pasa sobre la parte superior del aspa más rápido que sobre la
parte inferior. La velocidad más alta sobre el aspa provoca un ascenso o
tirón hacia arriba que la hace girar sobre el eje que conecta al
generador. Este principio es el que mantiene las aves y aeroplanos en
vuelo
Se obtendrá la velocidad de las aspas barrida al comenzar a girar por la
ecuación de potencia para un generador eólico:
1
𝑃 = 𝜂 𝜌𝐴𝑉𝑒𝑙 3
2
18
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Despejando la Velocidad producida por las aspas tenemos:
3 2P
Vel = √
ηρA
Para el motor Generador Eléctrico
-
Corriente eléctrica (I)
Para obtener el valor de la corriente generada se tiene que:
V
R
I=
Donde el V (voltaje) y R (resistencia) se medirán con un Multitester
Además, la ITOT será igual a la suma de toda la corriente producida en
cada uno de los Leds:
ITOT = ∑ I
- Potencia (P)
Para obtener el valor de la potencia se tiene:
P = VD I
Donde P= potencia (Watts) ; V=voltaje del diodo(Volt) ; I=corriente
(Ampere)
En esta ecuación se tiene que para el voltaje:
V=
I
R
Dónde: R=Resistencia (Ohm Ω)
Sin embargo, la corriente se debe de calcular la corriente como el
cociente del voltaje de la resistencia entre la resistencia, debido a que es
necesaria en encontrar la potencia de cada diodo
I=
VR
R
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GENERADOR EÓLICO
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VR=voltaje Del resistor
La potencia total ejercida por el generador es igual a la suma de las
potencias de cada diodo LED debido a que presentan diversos colores y
cada uno experimenta diferente potencia
PTOT = ∑ P
Dónde: PTOT= sumatoria de las potencias
A continuación, se procederá a calcular la diferencia relativa porcentual
ente el valor teórico y los resultados experimentales:
𝑉𝑡 − 𝑉𝑒
| 𝑥 100%
𝑉𝑡
=|
5.3. Encontrado Datos Reales
Los Datos reales (experimentales) fueron medidos directamente con un
Multitester donde:
VR se encuentra colocando el Multitester en los
extremos de las resistencias de todo el circuito ya
conectado y R se encuentra colocando el Tester en los
VV
extremos de la misma forma que encontramos voltaje
pero cambiando el Multitester a la función de ohmios Ω.
VD se encuentra colocando el Multitester en los
extremos del diodo leds de todo el circuito ya conectado.
V
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6. CRONOGRAMA Y PRESUPUESTO
6.1.
CRONOGRAMA:
ACTIVIDADES
Elección del Tema de investigación
Revisión Bibliográfica
* Búsqueda y adquisición de bibliografía
* Elaboración del informe
* Presentacion y sustentacion del proyecto
Avance en la ejecucion del Proyecto de investigación
* Instalacion del prototipo de un aerogenerador
* Revisión de los resultados y datos obtenidos
Elaboración del Informe Final
* Revisión general de los resultados y datos obtenidos
* Recopilacion de datos
* Preparación del informe final
* Exposición del informe final
18
X
19
OCTUBRE
20
22
26
31
DIA/MES
NOVIEMBRE
Todo el mes
13
14
DICIEMBRE
15
16
17
19
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
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GENERADOR EÓLICO
6.2.
PROYECTO DE INVEZTIGACIÓN
PRESUPUESTO
El proyecto será realizado por estudiantes de la carrera de Ingeniería Civil
de la Universidad Nacional Santiago Antúnez de Mayolo del curso de
Mecánica de Fluidos.
Para llevar a cabo el proyecto se hace necesario mencionar una serie de
materiales que adquirimos para la construcción del Generador Eólico a
escala, entre estos materiales tenemos:
- Aspas.
-
- Taladro.
- Voltímetro (Tester)
Breadboars
o
base
de
construcción.
-
Anemómetro.
- Destornillador
- Tornillos
- Cables
- Generador eléctrico
- Aparato para soldar
- 8 bits o foquitos
- Pedestal o torre
- Martillo
- Tenazas
- Pasta de soldadura
- Alambre de estaño
- Cinta aislante
- Aerosol plateado
- Base de madera
- Tabla de terminales
- Terminales machos y hembras
- Clavos
- Alambre de cobre
22
FIC-UNASAM
CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE
GENERADOR EÓLICO
PROYECTO DE INVEZTIGACIÓN
Algunos materiales mostrados anteriormente fueron comprados con un gasto
de cincuenta y cinco con 00/100 soles, sin embargo, los materiales de mayor
costo han sido adquiridos de manera gratuita o han sido prestados
temporalmente con el fin de disminuir en gastos.
VI. RESULTADOS
LOS DATOS OBTENIDOS DIRECTAMENTE DEL TESTER SE MUESTRAN
EN LA SIGUIENTE TABLA:
RESISTOR
R(Ω)
VR(V)
VD(V)
I(mA)
P=(mW)
R2
9.2
0.20
1.90
21.74
41.31
R3
9.2
0.09
1.94
9.78
17.81
R4
9.2
0.07
1.95
7.61
14.84
Σ 73.96
CALCULOS DE LOS DATOS INGRESADOS A LA TABLA
-
Para las corrientes
𝐼1 =
𝑉𝑅1
𝑅1
𝐼1 =
0.02
9.8
𝐼1 = 0.002
𝐼2 = 0.03
-
Para las potencia
𝑃1 = 𝑉𝐷1 𝐼1
𝑃1 = (2.50)(0.002)
𝐼2 =
𝑉𝑅2
𝑅2
𝐼2 =
0.3
9.8
𝑃1 = 0.005
𝑃2 = 𝑉𝐷2 𝐼2
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FIC-UNASAM
CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE
GENERADOR EÓLICO
PROYECTO DE INVEZTIGACIÓN
𝑃2 = (2.00)(0.03)
𝑃2 = 0.06
𝐼3 =
𝑉𝑅3
𝑅3
𝐼3 =
0.22
9.8
𝐼3 = 0.022
𝐼4 =
𝑉𝑅2
𝑅2
𝐼4 =
0.2
9.8
𝐼4 = 0.020
𝑃3 = 𝑉𝐷3 𝐼3
𝑃3 = (2.20)(0.022)
𝑃3 = 0.05
𝑃4 = 𝑉𝐷4 𝐼4
𝑃4 = (2.11)(0.02)
𝑃4 = 0.04
24
CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE
GENERADOR EÓLICO
-
PROYECTO DE INVEZTIGACIÓN
Para encontrar la ITOT tenemos:
𝐼TOT = ∑ 𝐼
ITOT = 𝐼1 + 𝐼2 + 𝐼3 + 𝐼4
ITOT = 𝟎. 𝟎𝟎𝟐 + 𝟎. 𝟎𝟑 + 𝟎. 𝟎𝟐𝟐 + 𝟎. 𝟎𝟐𝟎 = 𝟎. 𝟎𝟕𝟒 𝒎𝑨
-
Para encontrar la potencia total tenemos:
PTOT = ∑ P
PTOT = 𝑃1 + 𝑃2 + 𝑃3 + 𝑃4
𝐏𝐓𝐎𝐓 = 𝟎. 𝟎𝟓 + 𝟎. 𝟎𝟔 + 𝟎. 𝟎𝟓 + 𝟎. 𝟎𝟒 = 𝟎. 𝟐 𝑾𝒂𝒕𝒕𝒔
Memoria de Calculo
Los Diodos a utilizar son los siguientes:

Rojo de alto brillo, alta eficiencia y baja corriente


Amarillo
Verde
Para los cálculos siguientes se utiliza una corriente estimada de 14mA ya
que ésta es determinada por el fabricante, pero esta principalmente oscila
entre los valores de 10mA hasta 20mA.
25
CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE
GENERADOR EÓLICO
PROYECTO DE INVEZTIGACIÓN
Generando una Corriente Total IT de 0.042A.
 Calculo para la potencia
-
Calculo de la Potencia para el Rojo de alto brillo, alta eficiencia y baja
corriente:
De la ecuación:
P = IV
P1 = (14mA)(1.9V)
P1= 0.0266Watts
-
Calculo de la Potencia para el Amarillo:
De la ecuación:
P = IV
P2= (14mA)(2V)
P2= 0.028Watts
-
Calculo de la Potencia para el Verde:
P = IV
P3 = (14mA)(2.1V)
P3 = 0.0294Watts
26
CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE
GENERADOR EÓLICO
-
PROYECTO DE INVEZTIGACIÓN
Calculando la Potencia Total PT:
PT = P 1 + P 2 + P 3
PT = 0.0266 Watts + 0.028 Watts + 0.0294 Watts
PT = 0.084 Watts
 Calculo de la Velocidad.
3 2𝑃
𝑉𝑒𝑙 = √
𝜂𝜌𝐴
Donde:
P = 0.084 Watts = 0.084 J/s = 0.084 N/m.s = 0.084 kg/s3
η = Eficiencia = se supondrá de un 5%
ρ = Densidad del aire = 1.25 kg/m3
A = Área barrida por las aspas = πr2 siendo r = 0.055m
2(0.084kg/s3)
𝑉𝑒𝑙 = √
1.25𝑘𝑔
(0.05) (
) 𝜋(0.055𝑚2 )
𝑚3
3
Vel = 6.56 m/s
Luego de obtener los resultados tanto teóricos como reales se calcula la
Diferencia Relativa Porcentual para verificar el error porcentual y el por que
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CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE
GENERADOR EÓLICO
PROYECTO DE INVEZTIGACIÓN
de dicho error, a continuación se de detallan en el siguiente cuadro los
datos obtenidos para después hacer su respectiva comparación.
Resultado
Corriente
I(A)
Potencia
P(Watts)
Velocidad
Vel(m/s)
Teórico
0.042
0.084
6.56
Real
0.039
0.073
8.12
 Diferencias Relativas porcentuales:
-
Para la Corriente:
DRP =
DRP =
|𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑇𝑒𝑜−𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑅𝑒𝑎𝑙|
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑇𝑒𝑜
(100%)
|0.042 − 0.039|
(100%)
0.042
DRP = 7.143%
-
Para la Potencia:
DRP =
DRP =
|𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑇𝑒𝑜−𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑅𝑒𝑎𝑙|
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑇𝑒𝑜
|0.084−0.073|
0.084
(100%)
(100%)
DRP = 13.095%
-
Para la Velocidad:
DRP =
DRP =
|𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑇𝑒𝑜−𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑅𝑒𝑎𝑙|
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑇𝑒𝑜
|6.56−8.12|
6.56
(100%)
(100%)
DRP = 23.781%
28
CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE
GENERADOR EÓLICO
PROYECTO DE INVEZTIGACIÓN
VII. CONCLUSIONES

El prototipo diseñado para obtener corriente eléctrica por medio de
energía eólica presenta un porcentaje de error de 7.14% esto
posiblemente debido a las estimaciones de corriente asumidas por la
capacidad de cada Led la cual varía de acuerdo a su color.

La potencia generada por el motor tiene un porcentaje de error de
13.095% mientras que la velocidad del viento en las aspas del generador
presenta un error de 23.78% estas pérdidas son posiblemente debido a
errores en los cálculos o mal uso de materiales de medición.

La potencia producida por el generador eólico es la suficiente para
generar corriente eléctrica en los diodos leds, sin embargo, mucha o casi
toda de esta energía se pierde, ya que la potencia que produce el
generador es mucho mayor que la capacidad de los leds.

La obtención de energía eléctrica a través del aprovechamiento de las
corrientes de aire representa un método viable y eficaz para suplir la
demanda energética que se presenta en la actualidad, sin embargo, es
necesario contar con las condiciones ambientales necesarias para poder
llevar a cabo un proyecto de esta magnitud.
VIII.
RECOMENDACIONES
Utilizar instrumentos de calidad a la hora de realizar las mediciones para
obtener unos mejores resultados y si es posible buscar un mejor diseño para
el generador de manera que se aproveche completamente la producción de
energía.
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CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE
GENERADOR EÓLICO
PROYECTO DE INVEZTIGACIÓN
BIBLIOGRAFÍA
IX.

Álvaro Pinilla S. Julio de 1997. Manual de aplicación de la energía eólica.
Colombia: Instituto de ciencias y energías alternativas.

Buenas tareas. Energía Eólica. http://www.buenastareas.com/ensayos/
Energ%C3% ADa-E%C3%B3lica/2207981.html

Wikipedia. Energía Eólica http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_e
%C3%B3lica

Ammonit. ¿Para qué se necesita una medición de viento precisa?.
http://www.ammonit.com/es/informacion-eolica/energia-eolica

Wikipedia. Ventajas de la energía eólica. http://es.wikipedia.org/wiki/Energ
%C3%ADa_e%C3%B3lica#Ventajas_de_la_energ.C3.ADa_e.C3.B3lica

INEA. Manual de aplicación de la energía eólica http://www.si3ea.gov.co/
si3ea/documentos/documentacion/energias_alternativas/material_difusion/
manualE%F3licaweb.pdf
30
CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE
GENERADOR EÓLICO
X.
PROYECTO DE INVEZTIGACIÓN
ANEXOS
Imagen 1. Generador de 12v
Imagen 2. El generador siendo sujetado a un tubo de PVC 1/2", mediante unas
abrazaderas.
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CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE
GENERADOR EÓLICO
PROYECTO DE INVEZTIGACIÓN
Imagen 3. El tubo de PVC siendo perforado por un taladro, será el orificio por
donde ingrese el soporte.
Imagen 4. El tubo de PVC siendo cortado por una amoladora.
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CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE
GENERADOR EÓLICO
PROYECTO DE INVEZTIGACIÓN
Imagen 5. Realizando una abertura al tubo de PVC para ingresar la cola o
veleta guía.
Imagen 6. Ingresando la cola o veleta guía en la abertura.
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GENERADOR EÓLICO
PROYECTO DE INVEZTIGACIÓN
Imagen 7. En la perforación de la “Imagen 3” ingresamos un perno, dos tuercas
y unos rodajes que sirven para que el prototipo de generador eólico gire en
dirección del viento.
Imagen 8. Ingresando un adaptador de 1/2” - 1” al rodaje.
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CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE
GENERADOR EÓLICO
PROYECTO DE INVEZTIGACIÓN
Imagen 9. Ingresando el tubo de PVC de 1”, a la boquilla más grande, este tubo
de PVC de 1” servirá como soporte.
Imagen 10. Untado el pegamento en la punta del generador se empotra una
hélice reciclada de un ventilador.
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CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE
GENERADOR EÓLICO
PROYECTO DE INVEZTIGACIÓN
Imagen 11. Mezcla de cemento que sirve de base para el prototipo de
generador eólico.
Imagen 12. Inserción hacia el adaptador con el tubo de 1” que está sujeta al
soporte de concreto.
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CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE
GENERADOR EÓLICO
PROYECTO DE INVEZTIGACIÓN
Imagen 13. Realizando pruebas con las luces led y el Multitester.
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