Alumno:Cristopher Joaqun Caldern RoqueGrupo: 4106.Maestro:Eduardo Villafaa Rodrguez.Materia:Mantenimiento a maquinas elctricas rotativas.Practica:Realizacin de un aerogenerador caseroPropsito:Realizar un Aerogenerador caseroEspecialidad:Electromecnica industrial.Semestre:Cuarto semestre

Fecha de inicio: 1 de junio del 2015.Fecha de trmino: 12 de junio del 2015Taller:MultidisciplinarioANTECEDENTES HISTORICOSLa primera y ms inmediata forma de aprovechamiento de la energa elica ha sido desde los tiempos ms remotos aplicada a la navegacin; las primeras referencias de la utilizacin de embarcaciones a vela proceden de Egipto y datan del IV V milenio antes de J.C.Los molinos de viento existan ya en la ms remota antigedad. Persia, Irak, Egipto y China disponan de mquinas elicas muchos siglos antes de J.C.; Hammurab I. rey de Babilonia, utiliz molinos accionados por el viento para regar las llanuras de Mesopotamia y para la molienda del grano. Se trataba de primitivas mquinas elicas de rotor vertical con varias palas de madera o caa, cuyo movimiento de rotacin era comunicado directamente por el eje a las muelas del molino.

Los molinos de viento fueron utilizados en Europa en la Edad Media, comenzando a extenderse por Grecia, Italia y Francia. Si el origen de las mquinas elicas presenta notables incertidumbres, no menos lo hace su expansin por el Mediterrneo y por toda Europa.En 1724 Leopold Jacob proyecta un molino de ocho palas que mueve una bomba de pistn; en 1883 aparece el pequeo multipala americano diseado por Steward Perry. Este molino, de unos 3 metros de dimetro utilizado para bombeo, ha sido el ms vendido de la historia, llegndose a fabricar ms de seis millones de unidades, de las que existen varios miles en funcionamiento. Como precursor de los actuales aerogeneradores, es necesario citar la aeroturbina danesa de Lacourt (1892), mquina capaz de desarrollar entre 5 y 25 kW.En el ao 1910 Dinamarca tena instalada una potencia elica de 200 MW. En los aos 20 se empiezan a aplicar a los rotores elicos los perfiles aerodinmicos que se haban diseado para las alas y hlices de los aviones. En 1927, el holands A.J. Dekker construye el primer rotor provisto de palas con seccin aerodinmica, capaz de alcanzar velocidades en punta de pala, cuatro o cinco veces superiores la del viento incidente. Betz demostr en su famoso artculo "Die WindmuhlenimlichtenevererForschung", (Berln 1927), que el rendimiento de las turbinas aumentaba con la velocidad de rotacin y que, en cualquier caso, ningn sistema elico poda superar el 60% de la energa contenida en el viento. Por lo tanto, los nuevos rotores deban funcionar con elevadas velocidades de rotacin para conseguir rendimientos ms elevados. La teora demostr tambin que cuanto mayor era la velocidad de rotacin menor importancia tena el nmero de palas, por lo que las turbinas modernas podan incluso construirse con una sola pala sin que disminuyera su rendimiento aerodinmico significativamente.A pesar de los esfuerzos realizados y de la mayor eficacia de las nuevas turbinas, las dificultades de almacenamiento y las desventajas propias de la irregularidad de los vientos fueron la causa de que las aplicaciones basadas en el aprovechamiento del viento como recurso energtico continuaran declinando hasta el final de la Primera Guerra.

En 1931 se instal en el Mar Negro una mquina elica de 100 kW. Entre 1941 y 1945 estuvo funcionando en U.S.A, una unidad de 1,2 MW. Solamente en Francia, Dinamarca e Inglaterra se llevaron a cabo programas de cierta importancia. El nmero de aerogeneradores instalados a finales de 1991 era superior a los 21.000, segn datos de la Agencia Internacional de la Energa, con un total de potencia de 2.200 MW, equivalente a dos centrales nucleares de gran potencia, y de los cuales la mitad estaban instalados en los parques elicos de California.A finales de 1991 la potencia de origen elico instalada en la red elctrica danesa ascenda a 410 MW con una produccin de energa equivalente al 2,3% del consumo del pas. En Alemania la potencia instalada era de 100 MW y estaba previsto alcanzar los 250 MW en breve plazo. Holanda contaba con 80 MW de potencia instalada y 100 ms en construccin. El programa elico holands tiene previsto alcanzar los 1.000 MW hacia el ao 2000 y los 2.000 MW en el 2010. Espaa tena en fase de realizacin varios proyectos que completaran los 50 MW hacia finales de 1992. El Plan de Energas Renovables, dentro del Plan Energtico Nacional 1992-2000 alcanz los 100 MW a finales de 1995, aunque las previsiones actuales sobrepasan ampliamente estas cifras.

En cuanto al tipo de mquinas de mayor inters, los resultados obtenidos de las numerosas experiencias realizadas permitieron concretar el campo de trabajo en dos modelos: las turbinas de eje horizontal de dos o tres palas y, en menor medida, las turbinas Darrieux de eje vertical. El tamao medio de las mquinas instaladas hasta 1990 estuvo en el rango de los 100 kW, aunque se observaba una clara tendencia ascendente. En los ltimos 10 aos los pequeos aerogeneradores aumentaron poco a poco sus potencias, a la vez que mejoraban su fiabilidad y reducan sus costes; las potencias medias de los aerogeneradores instalados entre 1990 y 1991 era de 225 kW; en los ltimos aos se han podido construir aerogeneradores con potencias mayores, desarrollados por las grandes compaas de la industria aeronutica, que aumentan la fiabilidad de las mquinas y reducen sus costes, convergiendo hacia una nueva generacin de aeroturbinas de 500 kW a 1,2 MW, lo que demuestra el alto grado de madurez alcanzado por esta tecnologa.Definicin y tipos de aerogeberadoresUn aerogenerador es un generador elctrico movido por una turbina accionada por el viento (turbina elica). Sus precedentes directos son los molinos de viento que se empleaban para la molienda y obtencin de harina. En este caso, la energa elica, en realidad la energa cintica del aire en movimiento, proporciona energa mecnica a un rotor hlice que, a travs de un sistema de transmisin mecnico, hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternadortrifsico, que convierte la energa mecnica rotacional en energa elctrica.Existen diferentes tipos de aerogeneradores, dependiendo de su potencia, la disposicin de su eje de rotacin, el tipo de generador, etc.Los aerogeneradores pueden trabajar de manera aislada o agrupados en parques elicos o plantas de generacin elica, distanciados unos de otros, en funcin del impacto ambiental y de las turbulencias generadas por el movimiento de las palas.Para aportar energa a la red elctrica, los aerogeneradores deben estar dotados de un sistema de sincronizacin para que la frecuencia de la corriente generada se mantenga perfectamente sincronizada con la frecuencia de la red.Ya en la primera mitad del siglo XX, la generacin de energa elctrica con rotores elicos fue bastante popular en casas aisladas situadas en zonas rurales.La energa elica se est volviendo ms popular en la actualidad, al haber demostrado la viabilidad industrial, y naci como bsqueda de una diversificacin en el abanico de generacin elctrica ante un crecimiento de la demanda y una situacin geopoltica cada vez ms complicada en el mbito de los combustibles tradicionales.

Tipos de Aerogeneradores

1. SEGUN EL EJE DEL ROTOR. -Eje vertical: Sus principales ventajas son que no necesita un sistema de orientacin al ser omnidireccional y que el generador, multiplicador, etc., son instalados a ras de suelo, lo que facilita su mantenimiento y disminuyen sus costes de montaje. Sus desventajas frente a otro tipo de aerogeneradores son sus menores eficiencias, la necesidad de sistemas exteriores de arranque en algunos modelos, y que el desmontaje del rotor por tareas de mantenimiento hace necesaria que toda la maquinaria del aerogenerador sea desmontada. Aerogenerador con rotor Savonius: Es el modelo ms simple de rotor, consiste en cilindros huecos desplazados respecto su eje, de forma que ofrecen la parte cncava al empuje del viento, ofreciendo su parte convexa una menor resistencia al giro. Se suele mejorar su diseo dejando un espacio entre ambas caras para evitar la sobre presin en el interior de la parte cncava. Pueden construirse superponiendo varios elementos sobre el eje de giro. No son tiles para la generacin de electricidad debido a su elevada resistencia al aire. Su bajo coste y fcil construccin les hace tiles para aplicaciones mecnicas.

Figura 1: Aerogenerador Tipo Savonius. Aerogenerador con rotor Darrieus: Patentado por G.J.M. Darrieus en 1931, es el modelo de los aerogeneradores de eje vertical de ms xito comercial. Consiste en un eje vertical asentado sobre el rotor, con dos o mas finas palas en curva unidas al eje por los dos extremos, el diseo de las palas es simtrico y similar a las alas de un avin, el modelo de curva utilizado para la unin de las palas entre los extremos del rotor es el de Troposkien, aunque puede utilizarse tambin catenarias. Evita la necesidad de diseos complejos en las palas como los necesarios en los generadores de eje horizontal, permite mayores velocidades que las del rotor Savonius, aunque sin alcanzar las generadas por los modelos de eje horizontal, pero necesita de un sistema externo de arranque.

Figura 2: Aerogenerador Tipo Darrieus. Aerogenerador con rotor Giromill: Este tipo de generadores tambin fueron patentados por G.J.M. Darrieus. Consisten en palas verticales unidas al eje por unos brazos horizontales, que pueden salir por los extremos del aspa e incluso desde su parte central. Las palas verticales cambian su orientacin a medida que se produce el giro del rotor para un mayor aprovechamiento de la fuerza del viento.

Figura 3: Aerogenerador Tipo Giromill. Aerogenerador con rotor Windside: Es un sistema similar al rotor Savonius, en vez de la estructura cilndrica para aprovechamiento del viento, consiste en un perfil alabeado con torsin que asciende por el eje vertical. La principal diferencia frente a otros sistemas de eje vertical es el aprovechamiento del concepto aerodinmico, que le acerca a las eficiencias de los aerogeneradores de eje horizontal.

Figura 4: Aerogenerador Tipo Windside. -Eje horizontal: En la actualidad la gran mayora de los aerogeneradores que se construyen conectados a red son tripalas de eje horizontal. Los aerogeneradores horizontales tienen una mayor eficiencia energtica y alcanzan mayores velocidades de rotacin por lo que necesitan caja de engranajes con menor relacin de multiplicacin de giro, adems debido a la construccin elevada sobre torre aprovechan en mayor medida el aumento de la velocidad del viento con la altura. Los modelos de eje horizontal puede subdividirse a su vez por el nmero de palas empleado, por la orientacin respecto a la direccin dominante del viento y por el tipo de torre utilizada: Tripala: Es el ms empleado en la actualidad, consta de 3 palas colocadas formando 120 entre si. Un mayor numero de palas aumenta el peso y coste del aerogenerador, por lo que no se emplean diseos de mayor numero de palas para fines generadores de energa de forma comercial, aunque si para fines mecnicos como bombeo de agua etc.

Figura 5: Aerogenerador Tipo Tripala. Bipala: Ahorra el peso y coste de una de las palas respecto a los aerogeneradores tripala, pero necesitan mayores velocidades de giro para producir la misma energa que aquellos. Para evitar el efecto desestabilizador necesitan de un diseo mucho mas complejo, con un rotor basculante y amortiguadores que eviten el choque de las palas contra la torre

Figura 6: Aerogenerador Tipo Bipala. Monopala: Tienen, en mayor medida, los mismo inconvenientes que los bipala, necesitan un contrapeso en el lado opuesto de la pala, por lo que el ahorro en peso no es tan significativo.

Figura 7: Aerogenerador Tipo Monopala. Orientadas a barlovento: Cuando el rotor se encuentra enfocado de frente a la direccin del viento dominante, consigue un mayor aprovechamiento de la fuerza del viento que en la opcin contraria o sotavento, pero necesita un mecanismo de orientacin hacia el viento. Es el caso inmensamente preferido para el diseo actual de aerogeneradores.

Figura 8: Aerogenerador Tipo Barlovento. Orientadas a sotavento: Cuando el rotor se encuentra enfocado en sentido contrario a la direccin del viento dominante, la estructura de la torre y la gndola disminuye el aprovechamiento del viento por el rotor, en este caso el viento es el que orienta con su propia fuerza a la gndola, por lo que no son necesarios elementos de reorientacin automatizada en la teora, aunque si suelen utilizarse como elemento de seguridad. Las palas y la gndola son construidos con una mayor flexibilidad que en el caso de orientadas a barlovento.

Figura 9: Aerogenerador Tipo Sotavento. Torres de celosa: Son las construidas mediante perfiles de acero unidos mediante tornillera. Son muy baratas y fciles de construir pero necesitan de verificaciones peridicas de la correcta sujecin de los segmentos de acero entre si. Necesitan un emplazamiento extra para la instalacin de los equipos de suelo como sistemas de control o equipos elctricos, el acceso a la gndola se realiza por escalerillas exteriores de baja proteccin frente a fuertes vientos y condiciones climticas adversas. No se utilizan en zonas geogrficas septentrionales o para aerogeneradores de gran potencia.

Figura 10: Aerogenerador Tipo Torre de Celosia. Torres tubulares: Consisten en grandes tubos de acero de forma tubular o cnica que ofrecen en su interior espacio para los equipos de suelo y para el acceso a resguardo hacia la gndola. Necesitan de una instalacin ms laboriosa y cara, pero ofrecen una mayor resistencia y menos mantenimiento necesario que las torres de celosa. Son las ms empleadas en equipos de generacin de energa.

Figura 11: Aerogenerador Tipo Torre Tubular. 2. SEGUN POTENCIA SUMINISTRADA. -Equipos de baja potencia: Histricamente son los asociados a utilizacin mecnica como bombeo del agua, proporcionan potencias alrededor del rango de 50 KW, aunque pueden utilizarse varios equipos adyacentes para aumentar la potencia total suministrada. Hoy en da siguen utilizndose como fuente de energa para sistemas mecnicos o como suministro de energa en equipos aislados. Tambin se utilizan en grupo y junto con sistemas de respaldo como motores de gasolina para suministro de energa de zonas rurales o edificios, ya sea conectndose a red o con bacterias para almacenar la energa producida y garantizar la continuidad de la cobertura energtica. -Equipos de media potencia: Son los que se encuentran en el rango de produccin de energa de 150 KW. Son utilizados de forma similar a los equipos de baja potencia pero para mayores requerimientos energticos. No suelen estar conectados a bateras de almacenamiento, por lo que se utilizan conectados a red o junto con sistemas de respaldo. -Equipos de alta potencia: Son los utilizados para produccin de energa de forma comercial, aparecen conectados a red y en grupos conformando centrales eoloelctricas, ya sea en tierra como en entorno marino (offshore). Su produccin llega hasta el orden del gigavatio. El diseo elegido mayoritariamente para estos equipos son los aerogeneradores de eje horizontal tripalas, orientados a barlovento y con torre tubular.Lista de material cotizacin:materialCantidad utilizadaprecioPrecio total

total

Plano:

Diagrama:

Pasos de ensamble:ESTATOR: Nuestro alternador dos juegos de dos bobinas

El estatorSe compone de un soporte de madera 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 4 cables de salida del alternador.

fotos se puede apreciar una perspectiva del estator en proceso de montaje y con el rotor presentado para comprobar ajustes. Se fabric un soporte de hierro donde se atornillar el estator y que posee el eje donde encajarn los rodamientos del rotor.

Una vez pegado todo el conjunto y cableadas las bobinas se introdujo todo el conjunto del estator en un bao de resina de polister con la precaucin de dejar libre el crculo interior para que pase el conjunto de los rodamientos del rotor, y de dejar que asomen al exterior los 4 cablesde salida. Como molde se emple un balde de plstico pues desmolda fcilmente y los hay de muchas medidas. En la foto derecha se puede ver el estator terminado y el rotor pintado y con el primer prototipo de palas instaladas. Una vez endurecida la resina se desmolda, se taladran los orificios por donde se atornillar a su soporte de hierro y quedar listo todo para el montaje. CHASIS: Empleando una horquilla delantera de bicicleta y unos cuantos perfiles de hierro fabriqu un soporte giratorio vertical que permitiese orientarse al aerogenerador cara al viento. Por ello lleva una barra con un chapa de hierro atornillada en su extremo que hace las veces de timn y de contrapeso para equilibrar el peso del conjunto alternador y palas. Finalmente el soporte del estator se suelda al soporte giratorio, se pinta todo y se monta todo el conjunto del alternador. Sobre la barra de la cola, junto al eje de giro, se atornilla una caja de plstico en la que se realiza el conexionado en tringulo del alternador y contendr los rectificadores que convertirn la tensin alterna trifsica en corriente continua, la cual bajar por un cable de dos hilos por el interior del tubo que soportar todo el conjunto. Dicho cable con el tiempo y los giros del aerogenerador buscando el viento se retorcer algunas vueltas por lo que se debe prever algn dispositivo al pi de la torre para quitar las vueltas de vez en cuando, como una clavija de enchufe a algo similar. Hay que tener en cuenta que la tensin que baja por este cable tiene polaridad, siendo peligroso invertirla por descuido. En el extremo de la barra de la cola se atornilla el timn de direccin, que en este caso es una chapa de acero recortada de forma rectangular y uno de los lados cortos cortado en forma de punta de flecha. Realizacin de las hlicesSe cortaron dos tubos de pvc por mitad de 50 cm de largo

Funcionamiento:Las Savonius son una de las turbinas ms simples. Esta diferencia causa que la turbina Savonius gire. Como es un artefacto de arento, soportan mejor las turbulencias y pueden empezar a girar con vientos de baja velocidad. Es una de las turbinas ms econmicas y ms fciles de usar .est formado por dos semicrculos desplazados horizontalmente a una determinada distancia, a travs de la cual se desplaza el aire.

Pruebas:Realizamos pruebas de continuidad con la bonina para ver si funcionaban y estaban conectadas adecuadamente

Despus revisamos el voltaje que daba el aerogenerador

Resultados obtenidos:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Conclusiones y que aprend:En esta prctica se aprendi a realizar un aerogenerador y el funcionamiento de un generador elctrico y descubrimos que es un dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial elctrico.Los generadores elctricos son mquinas que transforman la energa mecnica en elctrica. Esta transformacin se consigue por la accin de un ampo magntico sobre los conductores elctricos dispuestos sobre el estator. Si mecnicamente se produce un movimiento constante entre los conductores y el campo, se generar una fuerza electromotriz. La cual en nuestro caso fue generada por las aspas que eren movidas por la fuerza del aire