UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN

FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MATERIALES

FISICA III

TEMA: GENERADORES Y MOTORES

INTEGRANTES:

HUARACHA CANAZA KATHERINE HUALLA MARIÑO ROXANA

SUMA RAMIREZ ERIKA OCHO PAREJO MARIA

DOCENTE: ELFER ARENAS

AREQUIPA – PERU

2014

Introducción

El siguiente trabajo tiene como objetivo comprender la importancia del estudio de la Física en nuestras vidas, para lo cual es necesario realizar un recorrido por distintas nociones de esta disciplina, con el fin de acercarnos un poco a su naturaleza. Posteriormente, analizaremos que es lo que cuenta nuestro enigma, dado que este debate que se ha sostenido durante siglos en la humanidad. La ecología es un tema de suma importancia hoy en día y solo con el desempeño de nosotros mismos se pueden mejorar las condiciones de vida de esté.

La presente invención se refiere a un sistema generador de electricidad a partir del movimiento del agua que pasa, bien por un solo canal o bien a través de la orilla con el uso de un canal al efecto, con un sistema de compuertas que ampliaría el caudal y por lo tanto la fuerza del agua que pasa a través del molino del sistema generador hidráulico que se rige por el principio de conservación de la energía; debido a sus transformaciones que este sufre al ponerse en práctica. El principal objetivo del prototipo es generar energía eléctrica (alcanzando un máximo de 4 voltios) a partir de la hidráulica, conociendo las energías que se transforman al hacerlo funcionar, logrando prender 5 leds a alta intensidad luminosa. Tomando en cuenta que la energía eléctrica es una energía limpia y renovable que no contamina, lo cual me pareció interesante para la realización de este.

A lo largo del trabajo se muestra como se logro su elaboración y los pasos que se siguieron para que funcionara en base al principio que lo rige, sabiendo los conceptos de las energías que se transformaran para llegar a la energía eléctrica; teniendo en cuenta que la energía se conservara, es decir; la misma que es al inicio, será al final. También notando que el gasto hidráulico se puede saber a partir del flujo de agua que caerá en el generador hidráulico; en base al principio de Bernoulli. Después se pondrá en práctica el generador, para así aplicar diferentes cantidades de agua y ver como esta influye en la intensidad de los leds

encendidos y los voltios generados, tomando nota y comparando, para poder analizarlos y discutir los resultados obtenidos. Ahora bien en base a los objetivos planteados se puede decir que dicho generador funciona correctamente, puesto que si genera energía hidráulica sin mayor problema y sin contaminar el medio ambiente; lo cual resulta beneficioso para las ciudades rurales, ya que el generador puede ser construido en los ríos, caudales, presas de agua etc.

• 1. EL PROBLEMA:

• Titulo:

“Aprovechamiento de la obtención de energía por el uso de generadores”.

• formulación del problema:

¿Para qué sirve el uso de generadores

¿Cómo se convierte la energía la energía mecánica en energía hidráulica?

¿Qué beneficios nos ofrece tanto al medio ambiente, como al hombre el uso de generadores como alternativa para la obtención de energía eléctrica?

2. OBJETIVOS:

Objetivo general:

Mediante el uso de recursos accesibles se anhela la creación de un sistema capaz de convertir energía renovable encontrada en el medio ambiente para así aprovechar los recursos y mejorar la calidad de vida, ya que es un ciclo, una cadena, mientras la gente aprenda a consumir este tipo de productos no solo se ayuda al medio ambiente, también a la economía, a la apreciación y claro al avance científico.

Objetivos específicos:

Proponer la creación y lograr la obtención de energía eléctrica con el uso de transformadores.

Obtener los beneficios que trae la Energía Hidráulica como fuente limpia y renovable de energía.

Demostrar que la energía se crea a través un sistema de gravedad planetaria, conseguir de esta forma energía ilimitada a un menor costo y un mejor aprovechamiento del agua.

Utilizar la gravedad y los materiales, para conseguir un sistema inestable que se mantenga estable a través del movimiento y así conseguir energía extra.

Demostrar que el impacto ambiental es menor.

3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACION:

El presente trabajo busca demostrar el gran beneficio que nos ofrece el uso de transformadores, así mismo dar a conocer una alternativa de producir energía eléctrica mediante el uso de generador hidráulico.

4. FORMULACION DE HIPÓTESIS:

Dado que la energía que se obtiene de la caída del agua desde cierta altura a un nivel inferior provoca el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas y con la captación mediante un sistema de poleas entonces esta será recepcionado por un dinamo la cual transformara la energía mecánica en energía eléctrica. La hidroelectricidad es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua.

• Identificación de variables:

VARIABLES:

INDEPENDIENTE: ubicación de la caída de agua DEPENDIENTE: captar la energía mecánica y

transformarla en energía eléctrica

4. MARCO TEORICO:

Michael Faraday (1791-1867), fue el que descubrió el principio del motor eléctrico el descubrió la inducción. Inducción es la generación de una corriente eléctrica en un conductor en movimiento en el interior de un campo magnético físico. A partir de ese descubrimiento se potencio el estudio sobre la electrónica. Durante 1831 y 1832,  descubrió que un conductor mecánico moviéndose en un campo magnético generaba una diferencia de potencial. Aprovechando esto, construyó el primer generador electromagnético, el disco de Faraday, un generador homopolar, empleando un disco de cobre que giraba entre los

extremos de un imán con forma de herradura, generándose una pequeña corriente continua. También fue utilizado como generador de energía en una bicicleta para producir luz de poca intensidad.

Estos dos componentes son de bastante utilidad en la vida cotidiana puesto que Los motores eléctricos tienen infinidad de usos debido a su aprovechamiento del campo magnético que produce la corriente al pasar por un conductor eléctrico, ya sea en el hogar como licuadoras, relojes de pared, aspiradoras entre otros.

En la industria son utilizadas para diversos funcionamientos como elementos de ventilación, extractores de aire, moto-bombas para succión de agua u otros líquidos, mover bandas transportadoras, transformación de elementos, en fin un sin número de funciones que no terminaría de contar, los hay de varios tipos, modelos, caballaje, conexiones, tamaños, motores que funcionan desde 3 voltios hasta 1000 vls o más. En cuanto un generador su función es como lo dice, generar corriente con la característica de ser corriente continua y el alternador generar corriente alterna, se usan en el caso de suplir la energía cuando se va.

4.1 Fundamentos teóricos:

¿Qué es un generador eléctrico?

Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator). Si mecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generara una fuerza electromotriz (F.E.M.).

Se clasifican en dos tipos fundamentales:

PRIMARIOS: que convierten en energía eléctrica la energía de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente

SECUNDARIOS: entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido previamente. Se agruparán los dispositivos concretos conforme al proceso físico que les sirve de fundamento

¿Cuál es la diferencia de un motor a un generador?

Un motor es una máquina que produce energía mecánica, por lo general una fuerza para luego producir algún movimiento, de un vehículo y otro aparato. Para esto se necesita de energía que se obtiene de una batería o de algún combustible.

Ahora bien esta energía mecánica también puede ser transformada en energía eléctrica, y en este caso tenemos a un generador. Para lograr este efecto el principio básico consiste en someter a un conductor a un campo magnético variable (el fenómeno se conoce como inducción), lo que generará una corriente eléctrica de tipo alterna en el conductor (por este motivo es que la corriente que se genera para el consumo es alterna, producto de generadores de distintos tipos; además este tipo de corriente es más apropiada para ser transmitida por largas distancias).

El movimiento de los electrones por un conductor metálico como consecuencia de una diferencia de potencial entre sus extremos puede compararse con el flujo de agua entre depósitos situados a diferente altura y conectados mediante una tubería. Cuando se llena el depósito superior el agua desciende, pero dicho movimiento dura sólo en tanto se mantiene una diferencia entre los niveles de agua en ambos depósitos. Para mantener el agua en continua circulación es necesario intercalar una bomba que eleve de nuevo el agua desde el depósito inferior al superior. El papel de la bomba en dicho circuito hidráulico es el de comunicar a la masa de agua que lo atraviesa la energía suficiente como para salvar la diferencia de altura entre los dos depósitos, lo que equivale de hecho a mantener constante la diferencia de niveles del agua entre ambos depósitos aun a pesar del flujo continuo que los atraviese.

Para mantener una corriente eléctrica en un conductor es preciso que exista una diferencia de potencial constante entre sus extremos; hace falta, pues, un dispositivo que juegue un papel análogo al de la bomba en el circuito hidráulico. Dicho dispositivo recibe el nombre de generador. Una asociación de conductores con un generador constituye un circuito eléctrico en donde puede tener lugar un movimiento continuado de cargas. El generador mantiene constante la diferencia de potencial entre dos puntos del circuito, o dicho en otros términos, genera un campo eléctrico en el conductor que es el responsable de la corriente.

Fuerza electromotriz de un generador

La fuerza electromotriz es la magnitud que caracteriza el comportamiento del generador en un circuito eléctrico. En el caso de una bomba hidráulica la potencia mecánica representa la energía que suministra al circuito por unidad de tiempo. En los circuitos eléctricos se define la fuerza electromotriz de un generador y se representa mediante la letra , como la energía que cede el generador al circuito por cada unidad de carga que lo atraviesa y que se invierte en incrementar su energía potencial eléctrica. Cada carga al pasar por el generador recibe una dosis de energía que podrá gastar después en su recorrido a lo largo del circuito. Con frecuencia, se emplean las iniciales Fem. para designar esta magnitud, que siendo una energía se la denomina impropiamente fuerza. Según su definición la Fem. se expresará en unidades de energía partido por unidades de carga. Este es también el caso de las magnitudes potencial y diferencia de potencial. Por tal motivo su unidad en el SI es el volt.

4.2TIPOS DE GENERADORES

Generadores solar Generador nuclear Generador eólica Generador geotérmica Generador hidráulica Generador mareomotriz Generador de combustible fósil Generador de biogás

Generadores solares

Los generadores eléctricos solares transforman los rayos solares en energía eléctrica, que permite abastecer varias formas de uso. La energía producida por los módulos fotovoltaicos, es controlada por un regulador de carga y reserva las energías baterías. Los Generadores Eléctricos Solares se diseñan de tal

manera que la energía a generar debe ser equivalente a la requerida por los consumos conectados. En la mayoría de los casos, el cálculo se realiza para el mes de peor nivel de insolación (invierno). Cuando los consumos son relativamente altos, los generadores eléctricos solares son combinados con otras fuentes de energía eléctrica alternativa

(generadores diésel, eólicos, termo-generadores, etc.), conformando lo que se denomina un Sistema Híbrido. Los Generadores Eléctricos Autónomos están básicamente conformados por uno o más módulos fotovoltaicos, una estructura soporte, un banco de baterías, un regulador de carga, y eventualmente un inversor de corriente continua a corriente alterna. Los módulos fotovoltaicos son los encargados de transformar la luz solar en energía eléctrica de corriente continua. La estructura soporte permite mantener a los módulos orientados de tal manera de optimizar la captación de la luz solar.

El banco de baterías es el encargado de almacenar la energía generada y no consumida en el momento. La energía acumulada es entregada a los consumos durante la noche y los días nublados.

El regulador de carga es un dispositivo electrónico que impide que el banco de baterías se sobrecargue a sobre descargue, aumentando su vida útil.

Generador nuclear

La energía nuclear o energía atómica es la energía que se libera espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares. Sin embargo, este término engloba otro significado, el aprovechamiento de dicha energía para otros fines, tales

como la obtención de energía eléctrica, térmica y mecánica a partir de reacciones atómicas, y su aplicación, bien sea con fines pacíficos o bélicos.1 Así, es común referirse a la energía nuclear no solo como el resultado de una reacción sino como un concepto más amplio que incluye los conocimientos y técnicas que permiten la utilización de esta energía por parte del ser humano. Los sistemas más investigados y trabajados para la obtención de energía aprovechable a partir de la energía nuclear de forma masiva son la fisión nuclear y la fusión nuclear. La energía nuclear puede transformarse de forma descontrolada, dando lugar al armamento nuclear; o controlada en reactores nucleares en los que se produce energía eléctrica, energía mecánica o energía térmica. Tanto los materiales usados como el diseño de las instalaciones son completamente diferentes en cada caso.

Generador eólica

La energía eólica es la energía obtenida de la fuerza del viento, es decir, mediante la utilización de la energía cinética generada por las corrientes de aire. Se obtiene a través de unas turbinas eólicas son las que convierten la energía cinética del viento en electricidad por medio de aspas o hélices que hacen girar un eje central conectado, a través de una serie engranajes (la transmisión) a un generador eléctrico.

Las Aspas: El aire pasa sobre la parte superior del aspa más rápido que sobre las 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.

Un generador de Electricidad: El movimiento rotacional se transfiere directamente a través del eje al generador, de esta forma se induce una corriente eléctrica.

Torre de soporte: Es una estructura en la cual van montadas las aspas y generador de electricidad

Cables de tensión: Son cables que sirven de soporte para sostener la torre y no sea derribada por el viento.

Generador geotérmico

La energía geotérmica es aquella energía que puede ser obtenida por el hombre mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra.

Parte del calor interno de la Tierra (5.000 °C) llega a la corteza terrestre. En algunas zonas del planeta, cerca de la superficie, las aguas subterráneas pueden alcanzar temperaturas de ebullición, y, por tanto, servir para accionar

turbinas eléctricas o para calentar.

El calor del interior de la Tierra se debe a varios factores, entre los que destacan el gradiente geotérmico y el calor radio génico. Geotérmico viene del griego geo, "Tierra"; y de thermos, "calor"; literalmente calor de la Tierra.

Generador hidráulico

La energía potencial acumulada en los saltos de agua puede ser transformada en energía eléctrica. Las centrales hidroeléctricas aprovechan la energía de los ríos para poner en funcionamiento unas turbinas que mueven un generador eléctrico. En España se utiliza un 15 % de esta energía para producir electricidad

Ventajas

Se trata de una energía renovable de alto rendimiento energético.

Debido al ciclo del agua su disponibilidad es inagotable.

Es una energía totalmente limpia, no emite gases, no produce emisiones tóxicas, y no causa ningún tipo de lluvia ácida y, desde este punto de vista, es ecológica.

Además, los embalses que se construyen para generar energía hidráulica:

Permiten el almacenamiento de agua para abastecer fácilmente a actividades recreativas o sistemas de riego.

Pueden regular el caudal del río evitando posibles riesgos de inundación en caso de crecida anormal.

Generador mareomotriz

Energía de las mareas o energía mareomotriz.

Energía de las corrientes: consiste en el aprovechamiento de la energía cinética contenida en las corrientes marinas. El proceso de captación se basa en convertidores de energía cinética similares a los aerogeneradores empleando en este caso instalaciones submarinas para corrientes de agua.

Maremotérmica: se fundamenta en el aprovechamiento de la energía térmica del mar basado en la diferencia de temperaturas entre la superficie del mar y las aguas profundas. El aprovechamiento de este tipo de energía requiere que el gradiente térmico sea de al menos 20º. Las plantas maremotérmicas transforman la energía térmica en energía eléctrica utilizando el ciclo termodinámico denominado “ciclo de Rankine ” para producir energía eléctrica cuyo foco caliente es el agua de la superficie del mar y el foco frío el agua de las profundidades.

Energía osmótica: es la energía de los gradientes de salinidad.

Generador de biogás

Produce electricidad a partir de la combustión de: Gas, Petróleo o Carbón. En este caso se quema el combustible para calentar calderas de agua y producir vapor de agua, éste vapor a alta presión es disparado contra las aspas de grandes generadores, moviéndolos y produciendo la energía mecánica necesaria para convertirla posteriormente en energía eléctrica.

Funcionamiento de una planta de biogás

Una planta de biogás transforma los sustratos biodegradables en energía

eléctrica y térmica. Los equipos principales de una planta son los siguientes:

Sistema de homogenización y alimentación de sustratos de entrada

digestores.

Sistema de desulfuración.

Unidad de cogeneración.

La alimentación y homogenización de los sustratos de entrada varía según las

características propias de los mismos (bombeo, sinfines, etc.). Los digestores

son unos depósitos cilíndricos (de hormigón o acero) provistos de equipos de

agitación y calefacción que aseguran unas condiciones óptimas del proceso de la

biometanización. El biogás generado se acumula en un gasómetro (el cual puede

instalarse directamente en la parte superior de los digestores o como unidad

separada). Una vez eliminado el ácido sulfhídrico (H2S) mediante un sistema de

desulfuración y condensado, el biogás se conduce a una unidad de cogeneración

en donde es transformado en electricidad y calor. La electricidad generada puede

venderse a red o ser auto consumido, el calor cubre la propia demanda de la

planta y el excedente puede utilizarse para calefacciones o sistemas industriales

externos.

Además de biogás, en la planta se genera un digestivo. Dicho digestato es el

material orgánico metabolizado rico en nutrientes inorgánicos, por tanto muy

idóneo para su aplicación como enmienda orgánica.

Planta de biogás

Múltiples usos de biogás

Existen otros usos del biogás en los cuales el aprovechamiento energético es

mayor. En ellos el biogás se transforma en biometano eliminando su contenido

en dióxido de carbono (CO2), de tal forma que posee unas cualidades muy

similares a las del gas natural. El biometano se condiciona y puede tener las

siguientes aplicaciones:

Inyección en la red de gas natural.

Biocarburante.

Combustión en motores de cogeneración.

Generadores de combustibles fósiles

Produce electricidad a partir de la

combustión de: Gas, Petróleo o Carbón.

En este caso se quema el combustible

para calentar calderas de agua y producir

vapor de agua, éste vapor a alta presión es

disparado contra las aspas de grandes

generadores, moviéndolos y produciendo

la energía mecánica necesaria para

convertirla posteriormente en energía

eléctrica.

Ventajas:

El hecho de que su uso sea extendido, connota una serie de ventajas importantes para seguir con la extracción y aplicación de los combustibles fósiles. La primera, y quizá más importante, reside en la aún abundancia y accesibilidad de las reservas, por lo que las plantas de energía eléctrica pueden proveer una gran cantidad de electricidad para todo el mundo. También proporcionan bastante energía a un costo relativamente bajo, y su transporte es básicamente poco complicado. No es oro todo lo que reluce. Cuando se queman, los combustibles fósiles liberan a la atmósfera altos niveles de dióxido de carbono, que es uno de los principales factores que conducen a la contaminación del aire y al cambio climático. Uno de los recursos más problemáticos es el carbón, pues la liberación de los contaminantes por causa de su quema caen a la Tierra en forma de precipitación; esto es lo que se conoce como lluvia ácida.

Es fuente de energía básica en el sector industrial. Tienen aplicaciones en la industria del transporte porque proveen energía a los autos, aviones y barcos para moverse, en la industria energética debido a su uso como recurso que genera electricidad y hasta en la industria cosmética, porque muchísimos productos como cremas, jabones, perfumes y otros cosméticos contienen algún derivado de combustibles fósiles. El petróleo puede convertirse en fertilizantes, en ropa, en cepillos de dientes y en gasolina.

Desventajas

No es oro todo lo que reluce. Cuando se queman, los combustibles fósiles liberan a la atmósfera altos niveles de dióxido de carbono, que es uno de los principales factores que conducen a la contaminación del aire y al cambio climático. Uno de los recursos más problemáticos es el carbón, pues la liberación de los contaminantes por causa de su quema caen a la Tierra en forma de precipitación; esto es lo que se conoce como lluvia ácida.Por otra parte, preocupa su condición no renovable, pues aunque sí se renuevan de forma natural, es por medio de un proceso que tarda millones de años y no puede ser reemplazado para uso de las generaciones más próximas

Generadores de corriente continúa

Si una armadura gira entre dos polos de campo fijos, la corriente en la armadura se mueve en una dirección durante la mitad de cada revolución, y en la otra dirección durante la otra mitad. Para producir un flujo constante de corriente en una dirección, o continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de un medio para invertir el flujo de corriente fuera del generador una vez durante cada revolución. En las máquinas antiguas esta inversión se llevaba a cabo mediante un conmutador, un anillo de metal partido montado sobre el eje de una armadura. Las dos mitades del anillo se aislaban entre sí y servían como bornes de la bobina. Las escobillas fijas de metal o de carbón se mantenían en contra del conmutador, que al girar conectaba eléctricamente la bobina a los cables externos. Cuando la armadura giraba, cada escobilla estaba en contacto de forma alternativa con las mitades del conmutador, cambiando la posición en el momento en el que la corriente invertía su dirección dentro de la bobina de la armadura. Así se producía un flujo de corriente de una dirección en el circuito exterior al que el generador estaba conectado. Los generadores de corriente continua funcionan normalmente a voltajes bastante bajos para evitar las chispas que se producen entre las escobillas y el conmutador a voltajes altos. El potencial más alto desarrollado para este tipo de generadores suele ser de 1.500 V. En algunas máquinas más modernas esta inversión se realiza usando aparatos de potencia electrónica, como por ejemplo rectificadores de diodo.

Los generadores modernos de corriente continua utilizan armaduras de tambor, que suelen estar formadas por un gran número de bobinas agrupadas en hendiduras longitudinales dentro del núcleo de la armadura y conectadas a los segmentos adecuados de un conmutador múltiple. Si una armadura tiene un solo circuito de cable, la corriente que se produce aumentará y disminuirá dependiendo de la parte del campo magnético a través del cual se esté moviendo el circuito. Un conmutador de varios segmentos usado con una armadura de tambor conecta siempre el circuito externo a uno de cable que se mueve a través de un área de alta intensidad del campo, y como resultado la corriente que suministran las bobinas de la armadura es prácticamente constante. Los campos de los generadores modernos se equipan con cuatro o

más polos electromagnéticos que aumentan el tamaño y la resistencia del campo magnético. En algunos casos, se añaden interpolos más pequeños para compensar las distorsiones que causa el efecto magnético de la armadura en el flujo eléctrico del campo.

Los generadores de corriente continua se clasifican según el método que usan para proporcionar corriente de campo que excite los imanes del mismo. Un generador de excitado en serie tiene su campo en serie respecto a la armadura. Un generador de excitado en derivación, tiene su campo conectado en paralelo a la armadura. Un generador de excitado combinado tiene parte de sus campos conectados en serie y parte en paralelo. Los dos últimos tipos de generadores tienen la ventaja de suministrar un voltaje relativamente constante, bajo cargas eléctricas variables. El de excitado en serie se usa sobre todo para suministrar una corriente constante a voltaje variable. Un magneto es un generador pequeño de corriente continua con un campo magnético permanente.

Generadores de corriente alterna (alternadores)

Como se decía antes, un generador simple sin conmutador producirá una corriente eléctrica que cambia de dirección a medida que gira la armadura. Este tipo de corriente alterna es ventajosa para la transmisión de potencia eléctrica, por lo que la mayoría de los generadores eléctricos son de este tipo. En su forma más simple, un generador de corriente alterna se diferencia de uno de corriente continua en sólo dos aspectos: los extremos de la bobina de su armadura están sacados a los anillos colectores sólidos sin segmentos del árbol del generador en lugar de los conmutadores, y las bobinas de campo se excitan mediante una fuente externa de corriente continua más que con el generador en sí. Los generadores de corriente alterna de baja velocidad se fabrican con hasta 100 polos, para mejorar su eficiencia y para lograr con más facilidad la frecuencia deseada. Los alternadores accionados por turbinas de alta velocidad, sin embargo, son a menudo máquinas de dos polos. La frecuencia de la corriente que suministra un generador de corriente alterna es igual a la mitad del producto del número de polos y el número de revoluciones por segundo de la armadura.

A veces, es preferible generar un voltaje tan alto como sea posible. Las armaduras rotatorias no son prácticas en este tipo de aplicaciones, debido a que pueden producirse chispas entre las escobillas y los anillos colectores, y a que pueden producirse fallos mecánicos que podrían causar cortocircuitos. Por tanto, los alternadores se construyen con una armadura fija en la que gira un rotor compuesto de un número de imanes de campo. El principio de funcionamiento es el mismo que el del generador de corriente alterna descrito con anterioridad, excepto en que el campo magnético (en lugar de los conductores de la armadura) está en movimiento. La corriente que se genera mediante los alternadores descritos más arriba, aumenta hasta un pico, cae hasta cero, desciende hasta un pico negativo y sube otra vez a cero varias veces por segundo, dependiendo de la frecuencia para la que esté diseñada la máquina. Este tipo de corriente se conoce como corriente alterna monofásica. Sin embargo, si la armadura la componen dos bobinas, montadas a 90º una de otra, y con conexiones externas separadas, se producirán dos ondas de corriente, una de las cuales estará en su máximo cuando la otra sea cero. Este tipo de corriente se denomina corriente alterna bifásica. Si se agrupan tres bobinas de armadura en ángulos de 120º, se producirá corriente en forma de onda triple, conocida como corriente alterna trifásica. Se puede obtener un número mayor de fases incrementando el número de bobinas en la armadura, pero en la práctica de la ingeniería eléctrica moderna se usa sobre todo la corriente alterna trifásica, con el alternador trifásico, que es la máquina dinamoeléctrica que se emplea normalmente para generar potencia eléctrica.

4.3 TIPOS MÁS IMPORTANTES DE GENERADORAS

Termoeléctricas

Carnoeléctricas

Geotermoeléctricas

Nucleoeléctricas

Hidroeléctricas

¿Qué es electricidad?

La electricidad es originada por las cargas eléctricas, en reposo o en movimiento, y las interacciones entre ellas. Cuando varias cargas eléctricas están en reposo relativo se ejercen entre ellas fuerzas electrostáticas. Cuando las cargas eléctricas están en movimiento relativo se ejercen también fuerzas magnéticas. Se conocen dos tipos de cargas eléctricas: positivas y negativas. Los átomos que conforman la materia contienen partículas subatómicas positivas (protones), negativas (electrones) y neutras (neutrones). También hay partículas elementales cargadas que en condiciones normales no son estables, por lo que se manifiesta sólo en determinados procesos como los rayos cósmicos y las desintegraciones radiactivas.

¿Cuál es la energía hidráulica?

Es la energía que se obtiene de la caída del agua desde cierta altura a un nivel inferior lo que provoca el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas. La hidroelectricidad es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivación, y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. Todo ello implica la inversión de grandes sumas de dinero, por lo que no resulta competitiva en regiones donde el carbón o el petróleo son baratos, aunque el coste de mantenimiento de una central térmica, debido al combustible, sea más caro que el de una central hidroeléctrica. Sin embargo, el peso de las consideraciones medioambientales centra la atención en estas fuentes de energía renovables.

¿Qué repercusión tienen en nuestro medio ambiente? 

Las fuentes de energía renovables son distintas a las de combustibles fósiles o centrales nucleares debido a su diversidad y abundancia. Se considera que el Sol abastecerá estas fuentes de energía (radiación solar, viento, lluvia, etc.) durante los próximos cuatro mil millones de años. La primera ventaja de una cierta cantidad de fuentes de energía renovables es que no producen gases de efecto invernadero ni otras emisiones, contrariamente a lo que ocurre con los combustibles, sean fósiles o renovables. Algunas fuentes renovables no emiten dióxido de carbono adicional, salvo los necesarios para su construcción y funcionamiento, y no presentan ningún riesgo suplementario, tales como el riesgo nuclear.

Dinamo:

El dínamo fue el primer generador eléctrico apto para un uso industrial, pues fue el primero basado en los principios de Michael Faraday. Construido en 1832 por el fabricante francés de herramientas Hippolyte Pixii. Empleaba un imán permanente que giraba por medio de una manivela. Este imán estaba colocado de forma que sus polos norte y sur pasaban al girar junto a un núcleo de hierro con un cable eléctrico enrollado (como un núcleo y una bobina). Pixii descubrió que el imán giratorio producía un pulso de corriente en el cable cada vez que uno de los polos pasaba junto a la bobina; cada polo inducía una corriente en sentido contrario, esto es, una corriente alterna. Añadiendo al esquema un conmutador eléctrico situado en el mismo eje de giro del imán, Pixii convirtió la corriente alterna en corriente continua.

Polea:

Una polea, es una máquina simple, un dispositivo mecánico de tracción, que sirve para transmitir una fuerza. Además, formando conjuntos —aparejos o polipastos— sirve para reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso. Según la definición de Hatón de la Goupillière, «la polea es el punto de apoyo de una cuerda que moviéndose se arrolla sobre ella sin dar una vuelta completa»1 actuando en uno de sus extremos la resistencia y en otro la potencia.

5. MOTORES

Son dispositivos en los que se transfiere energía mediante transmisión eléctrica y de los cuales se transfiere energía hacia afuera en forma de trabajo. En esencia un motor es un generador que funciona a la inversa. En vez de generar una

corriente mediante el giro de una espira una batería suministra corriente a la bobina y el momento de torsión que actúa en la bobina conductora de corriente hace que esta gire.

6. PARTES DE UN MOTOR

ROTORConstituye la parte móvil del motor, proporciona el torque para mover a la carga. Está formado por:

• EJE: Formado por una barra de acero fresada. Imparte la rotación al núcleo, devanado y al colector.

• NÚCLEO: Se localiza sobre el eje. Fabricado con capas laminadas de acero, su función es proporcionar un trayecto magnético entre los polos para que el flujo magnético del devanado circule.

• DEVANADO: Consta de bobinas aisladas entre sí y entre el núcleo de la armadura. Estas bobinas están alojadas en las ranuras, y están conectadas eléctricamente con el colector, el cual debido a su movimiento rotatorio, proporciona un camino de conducción conmutado.

• COLECTOR: Denominado también conmutador, está constituido de láminas de material conductor (delgas), separadas entre sí y del centro del eje por un material aislante, para evitar cortocircuito con dichos elementos. El colector se encuentra sobre uno de los extremos del eje del rotor, de modo que gira con éste y está en contacto con las escobillas. La función del colector es recoger la tensión producida por el devanado inducido, transmitiéndola al circuito por medio de las escobillas (llamadas también cepillos).

•

ESTATOR• Constituye la parte fija de la máquina. Su función es suministrar el flujo

magnético que será usado por el bobinado del rotor para realizar su movimiento giratorio. Está formado por:

• ARMAZÓN: Denominado también yugo, tiene dos funciones primordiales: servir como soporte y proporcionar una trayectoria de retorno al flujo magnético del rotor y del imán permanente, para completar el circuito magnético.

• IMÁN PERMANENTE: Compuesto de material ferromagnético altamente remanente, se encuentra fijado al armazón o carcaza del estator. Su función es proporcionar un campo magnético uniforme al devanado del rotor o armadura, de modo que interactúe con el campo formado por el bobinado, y se origine el movimiento del rotor como resultado de la interacción de estos campos.

• Escobillas: Las escobillas están fabricadas se carbón, y poseen una dureza menor que la del colector, para evitar que éste se desgaste rápidamente. Se encuentran albergadas por los portaescobillas. Ambos, escobillas y portaescobillas, se encuentran en una de las tapas del estator. La función de las escobillas es transmitir la tensión y corriente de la fuente de alimentación hacia el colector y, por consiguiente, al bobinado del rotor. La función del portaescobillas es mantener a las escobillas en su posición de contacto firme con los segmentos del colector. Esta función la realiza por medio de resortes, los cuales hacen una presión moderada sobre las escobillas contra el colector. Esta presión debe mantenerse en un nivel intermedio pues, de ser excesiva, la fricción desgastaría tanto a las escobillas como al colector; por otro lado, de ser mínima esta presión, se produciría lo que se denomina "chisporroteo", que es cuando aparecen chispas entre las superficies del colector y las escobillas, debido a que no existe un buen contacto.

Clasificación de los motores eléctricos

Los motores eléctricos se pueden clasificar según la corriente empleada en: motores de corriente continua, motores de corriente alterna y motores universales (sirven para los dos tipos de corriente).

Los motores de corriente continua, a su vez se pueden clasificar según el tipo de excitación en: independiente, serie, derivación, compuesta y de imanes permanentes (el campo magnético lo producen imanes en lugar de electroimanes).

Los motores de corriente alterna se clasifican según los siguientes criterios: velocidad de giro (síncronos, asíncronos), tipo de rotor (bobinado, en cortocircuito o jaula de ardilla), número de fases (monofásicos —universales y de bobinado auxiliar y condensador— y trifásicos).

7. FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR

Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo

magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético. El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor. Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha. Todo lo mensionado anteriormente se puede observar en las siguientes figuras:

Para el caso de los generadores eléctricos al hacer girar una espira rectangular una vuelta completa entre las masas polares de un electroimán inductor, los conductores a y b (Figura 4.) del inducido cortan en su movimiento el campo magnético fijo y en ellos se induce una f.e.m. inducida cuyo valor y sentido varía en cada instante con la posición.

Cada uno de los terminales de la espira se conecta a un anillo metálico conductor, donde dos escobillas de grafito recogen la corriente inducida y la suministran al circuito exterior.

Para determinar el sentido de la corriente inducida, en cada posición de los conductores, de la espira se aplica la regla de los tres dedos de la mano derecha, pudiéndose comprobar cómo se obtiene a la salida una tensión alterna sinusoidal.

Figura 4. Alternador.

Lo anterior fue para el caso en el que se genera corriente continua, para corriente alterna:

El generador más simple consta de una espira rectangular que gira en un campo magnético uniforme. El movimiento de rotación de las espiras es producido por el movimiento de una turbina accionada por una corriente de agua en una central hidroeléctrica, o por un chorro de vapor en una central térmica. En el primer caso, una parte de la energía potencial agua embalsada se transforma en energía eléctrica; en el segundo caso, una parte de la energía química se transforma en energía eléctrica al quemar carbón u otro combustible fósil.

Cuando la espira gira (Figura 7.), el flujo del campo magnético a través de la espira cambia con el tiempo. Se produce una f.e.m. Los extremos de la espira se conectan a dos anillos que giran con la espira, tal como se ve en la figura. Las conexiones al circuito externo se hacen mediante escobillas estacionarias en contacto con los anillos.

Si se conecta una bombilla al generador se observara que por el filamento de la bombilla circula una corriente que hace que se ponga incandescente, y emite tanta más luz cuanto mayor sea la velocidad con que gira la espira en el campo magnético.

• 6. MATERIALES Y METODOS:

DISEÑO DE TECNICA:

METODOS:

• investigación

• recolección de datos

• Análisis de campo

• Análisis directo

• Método deductivo

• Método científico

RECURSOS HUMANOS:

*Materiales:

1 dinamo de 12 volt

Discos cd

16 cucharas

Dispensador de agua

Correas y poleas

Cable y un led

Recipiente para el agua

7. Cronograma:

ACTIVIDADES A DESARROLLAR

CALENDARIZACIÓN

Junio Julio

10 12

15 16 17 18 19 20

22 23 24 16

20 24 26

Investigar todo lo relacionado a transformadores y motores Ordenar y cernir información.

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Empezar el seguimiento debido.

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Experimentación del transformador hidroeléctrico que se va a elaborar.

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Diseñar y ejecutar nuestra maqueta.

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Reparación para dominar y expresar nuestro proyecto.

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Primera presentación de trabajo

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Revisión del trabajo x x x x

Presentación final del trabajo

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8. Presupuesto:

9. Experimentación:

Primeramente en este proyecto se experimentara el movimiento del agua, el cual generara energía eléctrica.

Necesitarías un dinamo. Se le debería acoplar un eje no muy largo en cuyo extremo irían unas hélices hechas con cucharitas de plástico que pondrían en movimiento al eje y por ende el dinamo al paso del agua en los extremos del eje irán colocados los rodamientos los cuales facilitarán el movimiento del eje, cabe resaltar que cada uno de los materiales se tendrán que poner de acuerdo al soporte que hagamos.

Deberías tomar la precaución de dejar bien fijo la dinamo el cual estará conectada a un sistema de poleas.

ELEMENTO COSTODinamo d 12V 6.0Discos CD reciclado16 Cucharadas 1.5Dispensador de agua recicladoCoreas 3.0Poleas 3.0Cable 2.0LedSoporte de maderaRecipiente para el aguaRodamientosTotal

2.050.03.08.078.50

Al dinamo se le deberá conectar los cables y el led, el cual debería prender cuando la turbina gire.

El dispensador de agua deberá ser colocado en el soporte en la parte de arriba de las turbina de modo tal que al abrir la llave el agua caiga justo en la turbina.

Terminado de armar el proyecto lo probaremos haciendo caer agua en la turbina; ésta convierte la energía del agua caída, en energía mecánica, que es conducida al generador de energía hidráulica, luego gira el motor, que hacen rotar las aspas en el generador, el cual ayuda a la producción de la electricidad, luego el transformador incrementará el voltaje de la electricidad, a los niveles necesarios para ser enviada a las comunidades, o viviendas través de la red y el agua es liberada a los lagos o ríos, aguas abajo.

10. CONCLUSIONES

Los generadores eléctricos son máquinas muy confiables, tienen alta resistencia a elevados esfuerzos eléctricos, mecánicos, térmicos y ambientales.

La energía eléctrica se produce por inducción al moverse los imanes con carga positiva y negativa que el motor eléctrico posee en su interior, los cuales inducen una corriente sobre las bovinas esta carga se evidencia en el led.

Los motores de DC convierten potencia eléctrica en potencia mecánica por medio de su movimiento rotatorio, el motor actualmente es una gran ayuda para la sociedad ya que gracias a él muchas máquinas que basan su funcionamiento en ellos pueden funcionar.

El motor eléctrico es una de las máquinas más versátiles en la industria, ya que gracias a su fácil control de posición, par y velocidad permite que se pueda aplicar en muchos ámbitos, tales como el control y la aplicación de procesos.

La f.e.m o voltaje producido en el estator del generador por un campo magnético, depende de la fuerza del mismo campo, la cual a su vez depende de la corriente que transcurre por las bobinas.

En Perú la mayor fuente de generación de corriente eléctrica es el agua puesto que las hidroeléctricas usan el causal de los ríos, lagunas y lagos para aprovechar esa energía mecánica y hacer girar las paletas de una turbina que está conectada al generador y así generar corriente eléctrica.

BIBLIOGRAFIA

http://www.mundodescargas.com/apuntes-trabajos/electronica_electricidad_sonido/ decargar_generador-de-corriente-continua.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_eléctrico http://josepanadero.wordpress.com/2010/01/10/generadores-y-motores-electricos/ Serway, Raymond A, Física para ciencias e ingenierías, Sexta Edición, Editorial Thomson,

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