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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE CIENCIAS
TE YT
TESINA
“CARACTERIZACIÓN DEL GENERADOR DE IMANES PERMANENTES”
PARA OBTENER EL TÍTULO DE SEGUNDA ESPECIALIZACIÓN PROFESIONAL EN ENERGÍA SOLAR
ELABORADO POR:
ALDO JUAN QUIÑONES BALTODANO
Asesor: Mg. ALFREDO ALCIDES OLIVEROS DONOHUE
LIMA-PERÚ 2015
2
RESUMEN
El presente trabajo es una iniciativa, empeñada en mejorar la calidad de vida de la
población rural, contempla en conocer el comportamiento, de un generador de imanes
permanentes, a través de la información obtenida de la bibliografía y de los ensayos de
laboratorio realizados para este tipo de generador, a fin de ser utilizado en un
aerogenerador, en la perspectiva de posibilitar el abastecimiento de energía eléctrica en
una zona específica del país. Es decir caracterizar un generador de imanes permanentes
de pequeña escala, estudiando sus características técnicas de funcionamiento y de esta
manera poder usarlo de manera óptima.
Se realizó una descripción general del generador de imanes permanentes, las
consideraciones generales de los imanes permanentes, el diseño de un generador de
imanes permanentes de 25 kW. Para la parte experimental, acudimos al Laboratorio N° 5
de Energía de la Facultad de Mecánica y Energía para realizar los ensayos
correspondientes, los cuales se realizaron utilizando un generador de imanes
permanentes de 500 W. Se presentan las pruebas realizadas en el laboratorio, el análisis
de los resultados, conclusiones y recomendaciones.
Mencionamos la capacidad de energía eólica en la costa norte del país, la energía eólica
o la energía del aire en movimiento en forma de viento ha sido utilizada por varios años
tanto para aplicaciones como uso de molinos de viento, molinos de agua. Primordialmente
los equipos eólicos eran utilizados en la molienda de granos y en el movimiento y bombeo
de agua.
Desarrollos tecnológicos han permitido un uso amplio de la energía eólica en sistemas de
generación de electricidad de gran tamaño sobre todo en países desarrollados, por el
contrario en países en vías de desarrollo se ha dado uso amplio de esta energía para
fines agrícolas, esencialmente, en labores de bombeo de agua.
Con esto se concluye la factibilidad de la utilización de este tipo de generadores para ser
usado en un aerogenerador, como alternativa de abastecimiento eléctrico en la zona de
la costa norte del país, climáticamente apta.
3
AGRACEDIMIENTOS
Quisiera agradecer a Dios por darme salud y vida. A mis padres por su apoyo
incondicional y amor, que me dieron el valor para asumir retos y no renunciar a mis
sueños. A los profesores de la SEPES por su, su confianza, su paciencia y por todos los
conocimientos ofrecidos. De forma muy especial a mi asesor Mg. Alfredo Oliveros
Donohue quien me mostro el camino y la importancia de la energía eólica a pequeña
escala y me apoyo en sacar adelante esta tesina. Finalmente al CARELEC y a la
Facultad de Ciencias, por el apoyo económico y académico en este programa de
posgrado. Gracias a todos.
4
INDICE
Página
LISTA DE SIMBOLOS
GLOSARIO DE TERMINOS
CAPITULO 1:
1. INTRODUCCION………………………………………………………………….……..11
CAPITULO 2:
2. OBJETIVOS………………………………………………………………………….…..13
2.1 Objetivos Generales………… ……………..……………………………….13
2.2 Objetivos Específicos……………………………….………………............13
CAPITULO 3:
3. MARCO TEORICO…………………………………………………………………….. 14
3.1 Generador de Imanes Permanentes (GIP)….…………………………….14
3.2 Clases de Generadores de Imanes Permanentes……………….............14
3.2.1 Generadores de Imanes Permanentes de Flujo Axial…..…………….....15
3.2.2 Generadores de Imanes Permanentes de Flujo Radial…..………….…..15
3.3. Alternador Convencional Automotriz…..………….……….…………… ...15
3.4. Consideraciones Generales de los Imanes Permanentes…………..…..15
3.4.1 Imanes de Acero al Carbono ………………….…………………………...15
3.4.2 Imanes de Alnico..……………….…………………………………………..16
3.4.3 Imanes de Ferrite..……………….……………………………………….….17
3.4.4 Imanes de Tierras Raras..……………….……………………………….…17
3.5 Flujo y Densidad de Flujo..……………….………………………………....18
CAPITULO 4:
4. AEROGENERADOR CON IMANES PERMANENTES….……………………...20
4.1 Aerogenerador de Flujo Axial con Imanes Permanentes…………. .……20
4.2 Principio de Funcionamiento ………………………………………. ….…..20
4.3 Diseño del Generador de Imanes Permanentes……………………….…22
4.3.1 Elección de los Imanes a Utilizar…………………………………………....24
5
4.3.2 Obtención de la Relación entre Velocidad de Viento y Coeficiente
de Potencia de la Máquina……………….................................................24
4.3.3 Especificación de la Hélice……………………………………….…….….28
4.3.4 Definición de Polos y Bobinas……………………………………….….….29
4.3.4.1 Número de Polos y de Imanes…………………………………………..…29
4.3.4.2 Número de Bobinas………………………………………………………....31
4.3.4.3 Tamaño de las Bobinas…………………………………………………..…32
4.3.5 Diagrama de Conexión de Enrollados de Estator…………..…………....32
4.3.6 Elección del Conductor y Cálculo de Parámetros de Estator……….…..33
4.3.7 Cálculo del Número de Espiras por Bobina………………………….…...34
4.3.7.1 Voltaje por Espiras……………………………………………………. ……34
4.3.7.2 Espiras por Bobina…………………………………………………….… …35
4.3.8 Dimensionamiento del Cuerpo del Generador…………………….…. ….37
4.3.9 Modelo Equivalente de la Máquina………………………………….….…39
4.4 Equipos de Electrónica de Potencia……………………………………....40
4.4.1 Corriente Media de los Elementos Semiconductores……………….…...41
4.4.2 Corriente Efectiva de los Elementos Semiconductores………………….41
4.4.3 Voltaje Reverso Repetitivo Máximo (VRRM)………………………..…... 42
4.4.4 Ángulo de Conmutación……………………………………………….…....44
4.4.5 Especificación del Equipo de Rectificación…………………………..…...45
4.4.6 Especificación del Sistema de Control de Tensión Continua……….. .…49
4.4.7 Especificación del Equipo de Inversión………………………………....…51
4.4.8 Especificación de las Baterías para Almacenamiento de
Energía………………………………………………………………………..53
CAPITULO 5:
5. DISEÑO DE UN AEROGENERADOR DE 500W CON IMANES PERMANENTES
PARA PEQUEÑAS DEMANDAS ELECTRICAS DE ZONAS RURALES…..54
5.1 Fundamentos de Diseño del Aerogenerador………………….................54
5.1.1 Ecuación de Carga ……………………………………………………...….55
5.1.2 Cálculo de los Voltajes Máximos………………..…………………………57
5.1.3 Cálculo de la Corriente Eficaz de Línea….......………………..................57
5.1.4 Cálculo del Circuito Eléctrico Equivalente……….……………………..…58
5.1.5 Eficiencia Eléctrica………………..……………………………….……….. 59
6
5.2 Turbina Eólica….......……………………………………….……................60
5.2.1 Cálculo del Diámetro del Rotor……….……………………………………60
5.2.2 Cálculo de la Sección del Alabe y Selección del Perfil………..……….. 61
5.3 Fabricación de la Pala……………………………………………...............63
CAPITULO 6:
6. SELECION DE UNA DE UNA COMUNIDAD DE LA COSTA NORTE DEL PERU…..67
6.1 Selección de la comunidad rural………………………………………..….….67
6.1.1 Potencial eólico…………………………….……………………………..…..68
6.1.1.1 Información Base…………………………………...………………....……..68
6.1.1.2 Principales Estudios Realizados….…………………………………....…..69
6.2 Características de la Zona…...………………...………………………..…..72
6.3 Necesidades de la Zona…...………………...……………………….……..72
6.4 Análisis para las Condiciones de Riego...……………………………..…..73
CAPITULO 7:
7. METODOLOGIA……………………………………………………….………...…74
7.1 Ensayo Calibración del Anemómetro………………………………..............75
7.2 Ensayo Usando como Carga Resistencia………………….………………...75
7.3 Ensayo Uso de Bancada de Torno……………………….……………...….. 75
CAPITULO 8:
8. RESULTADOS DE LOS ENSAYOS……………………………………………….77
8.1 Ensayo Calibración del Anemómetro………………………………….…..77
8.2 Ensayo Usando como Carga Resistencia…………………………….…..78
8.3 Ensayo Uso de Bancada de Torno………………………………….……..80
CAPITULO 9:
9. ANALISIS DE RESULTADOS…………………………………………………….…..88
10. CONCLUSIONES…………………………………………………………..............90
11. RECOMENDACIONES………………………………………………………..….. .91
12. BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………..…….92
ANEXOS
7
LISTA DE SIMBOLOS
wmec: Velocidad angular de la máquina (rad/s).
f: Frecuencia del voltaje generado (Hz).
p: Número de polos de la máquina.
Tr: Torque resistivo provocado por la carga eléctrica (Nm).
De: Demanda eléctrica (W).
Tu: Corresponde al torque útil, aprovechable por la máquina.
Tt: Corresponde al torque captado por la turbina.
Jt: Corresponde al momento de inercia del disco central de la máquina más el
de las aspas, las cuales, se modelan como barras para este caso.
r: Corresponde a la densidad del aire.
A: Corresponde al área de barrido de la máquina.
v: Corresponde a la velocidad del viento.
Ángulo de paso de la hélice.
r: Radio del aerogenerador (m).
v: Velocidad del viento (m/s).
Vm: Valor máximo de la tensión rectificada.
p: Número de pulsos de voltaje durante un ciclo.
L: Inductancia que genera el efecto de conmutación gradual de los elementos
Semiconductores.
VCC: Voltaje continúo a la salida del rectificador.
Vff: Voltaje fase-fase a la entrada del rectificador.
v: Frecuencia angular del voltaje generado.
L: Inductancia de fase del generador.
Vd: Caída de tensión en el elemento semiconductor.
ICC: Corriente continúa a la salida del rectificador.
PCC: Potencia eléctrica obtenida a la salida del rectificador.
VSAL: Voltaje continúo a la salida del equipo.
VENT: Voltaje continúo a la entrada del equipo.
: Ciclo de conducción del equipo.
8
Pent: Potencia de entrada al chopper, correspondiente a la potencia de salida del
rectificador.
Psal: Potencia de salida del chopper.
Pdis: Potencia disipada en el chopper.
Van1: Componente fundamental de la forma de onda obtenida entre una fase y el
neutro.
Vab1: Componente fundamental de la forma de onda obtenida entre fases.
E: Voltaje de alimentación del inversor.
η: Eficiencia
N: Velocidad de giro de la turbina eólica (RPM)
VD: Velocidad de diseño (m/s)
λr: Celeridad local para el radio r
λ: Celeridad de diseño
r: Distancia del centro del rotor a la sección evaluada (m)
R: Radio de la turbina (m)
β: Angulo formado por la velocidad relativa con el plano de giro del rotor
C: Cuerda de la sección del álabe
z: Número de álabes o palas
Cl: Coeficiente de sustentación del álabe
: Angulo formado por el álabe con el plano de giro
α: Angulo de ataque, tomado del perfil seleccionado
w: Velocidad relativa al perfil m/s
μ: Viscosidad cinemática del aire
9
GLOSARIO DE TERMINOS
Aerogenerador. Generador de energía eléctrica que aprovecha la fuerza del
viento para funcionar.
Alternador. Es una máquina eléctrica, capaz de generar energía eléctrica a partir
de energía mecánica
Bobina. Arrollamiento de un cable conductor alrededor de un cilindro sólido o
hueco, con lo cual y debido a la especial geometría obtiene importantes
características magnéticas.
Borne. Cada uno de los botones de metal en que suelen terminar ciertas
máquinas y aparatos eléctricos, y a los cuales se unen los hilos conductores.
Corriente Eléctrica. Es el flujo de electricidad que pasa por un material conductor;
siendo su unidad de medida el amperio. y se representan por la letra I.
Corriente Eléctrica Alterna. El flujo de corriente en un circuito que varía
periódicamente de sentido. Se le denota como corriente A.C.
Corriente Eléctrica Continua. El flujo de corriente en un circuito producido
siempre en una dirección. Se le denota como corriente D.C.
Circuito. El lazo cerrado o camino por el que fluye una corriente eléctrica o un
flujo magnético.
Conductor. Un material que ofrece una baja resistencia al paso de la corriente
eléctrica.
Central de Generación Eólica. Es aquella central donde se utiliza la fuerza del
viento para mover el eje de los generadores eléctricos. Por lo general puede
producir desde 5 hasta 300 kW.
Devanado. Bobinado de un motor.
Eficiencia Energetica. Relación cuantitativa entre el resultado en términos de
desempeño, de servicios, de bienes o de energía y la entrada de energía".
Electricidad. Fenómeno físico resultado de la existencia e interacción de cargas
eléctricas. Cuando una carga es estática, esta produce fuerzas sobre objetos en
regiones adyacentes y cuando se encuentra en movimiento producirá efectos
magnéticos.
Electroimán. Bobina que produce un campo magnético en presencia de una
corriente eléctrica.
10
Electromagnético. Que opera en base a una bobina que genera un campo
magnético.
Electrónica de Potencia. La electrónica de potencia permite transformar y
controlar voltajes y corrientes de niveles significativos; controlar la velocidad y el
funcionamiento de máquinas eléctricas mediante el empleo de dispositivos
electrónicos, principalmente semiconductores.
Espira. Segmento de alambre de cobre que forma una trayectoria circular
alrededor del rotor de un motor.
Estator. Parte del motor que funge como electroimán.
Fase. Línea de voltaje que alimentan un circuito.
Generador. Dispositivo electromecánico utilizado para convertir energía mecánica
en energía eléctrica por medio de la inducción electromagnética.
Generación Eólica.. Generación de Energía mediante el uso de la energía del
viento.
Inducción Electromagnética. Es la generación de electricidad en un conductor,
debido al movimiento de un campo magnético cerca de este o por el movimiento
del conductor en dicho campo.
Motor. Dispositivo electromecánico capaz de transformar la energía eléctrica en
energía mecánica.
Motor Eléctrico. El motor eléctrico permite la transformación de energía eléctrica
en energía mecánica, esto se logra, mediante la rotación de un campo magnético
alrededor de una espira o bobinado que toma diferentes formas.
Motor Síncrono. Que tiene la misma frecuencia de la línea d alimentación.
Par. Fuerza giratoria desarrollada por el motor.
Pérdidas magnéticas o pérdidas en el hierro. Dependen de las variaciones que
se producen en los campos magnéticos y de la frecuencia.
Pérdidas eléctricas o pérdidas en el cobre. Se producen en el circuito eléctrico
y en sus conexiones y son debidas al efecto Joule.
Rotor. Parte giratoria o flecha de un motor.
Torsión. Fuerza angular.
Voltio. Es la unidad de fuerza que impulsa a las cargas eléctricas a que puedan
moverse a través de un conductor.
11
CAPITULO 1:
1. INTRODUCCIÓN
La energía eólica es una de las principales alternativas para la generación limpia de
electricidad, ya que los avances tecnológicos producidos en los últimos años han
permitido mejorar de forma considerable sus prestaciones y disminuir sus costos.
Las aspas y el rotor de un sistema eólico transforman la energía cinética del viento
en energía mecánica que, a su vez, es transformada en energía eléctrica mediante
un generador.
Una de las mayores ventajas de la energía eólica es que es inagotable (renovable),
ya que el viento existirá mientras que el sol exista, al menos cuatro billones de años
más. Su utilización implica una reducción de las emisiones de gases de efecto
invernadero (GEI), y el costo de producción de esta tecnología ha bajado en gran
medida desde 1980 a la fecha.
El aprovechamiento de la energía eólica se ha incrementado significativamente,
especialmente en aplicaciones de mediana y gran escala, debido principalmente al
desarrollo de un competitivo mercado internacional de tecnologías, así como al
apoyo de acertadas políticas de promoción especialmente en Europa. Sin embargo,
el desarrollo de tecnologías para la aerogeneración a pequeña escala no ha tenido
el mismo avance, más aún en países en vías de desarrollo donde las energías
renovables aún no son consideradas en los planes energéticos.
Debido al bajo desarrollo de esta forma de obtención de energía en nuestro país es
conveniente el desarrollo de máquinas con eficiencias globales (60-70%) y
magnéticas (mayor a 80%) que permitan un mejor aprovechamiento de los recursos
en sistemas de pequeña generación (menores a 100 kW).
Un generador de imanes permanentes funciona como un sistema sincrónico, la
única diferencia es que el rotor donde están adheridos los imanes se encuentra
ubicado en la parte interna, y el estator en donde se encuentran las bobinas en la
parte externa.
Una de las ventajas de esta clase de generador es que se puede adaptar
directamente al rotor del eolo-generador lo que evita la utilización de sistemas
mecánicos de transmisión que originan pérdidas indeseables para el sistema.
12
Además esta clase de generadores de imanes permanentes no necesitan de una
corriente excitatriz para producir el campo magnético ya que este es suministrado
constantemente por los imanes evitando el consumo de parte de la potencia
eléctrica obtenida por el sistema.
La principal desventaja con respecto a los sistemas convencionales es la baja
velocidad de rotación (su rango de operaciones debe estar entre 300 a 1000 RPM),
por lo cual para obtener la potencia eléctrica de salida requerida se hace necesario
cambios tanto en el bobinado inductor como en el inducido a fin de alcanzar una
mayor potencia de entrada en el eje del generador y por consiguiente mejores
condiciones de potencia entregada.
13
CAPITULO 2:
2. OBJETIVOS Objetivos generales Conocer el funcionamiento de los generadores de imanes permanentes.
Estudiar el comportamiento de generador de imanes permanentes cuando varía
la velocidad angular del generador.
Realizar ensayos de laboratorio para estudiar el comportamiento del generador
de imanes permanentes.
Objetivos específicos
Proponer la implementación de aerogeneradores con imanes permanentes,
utilizando para su construcción materiales de fácil obtención en el mercado.
Construcción económica y sencilla.
Que sea de fácil montaje en cual locación con vientos medios compatibles.
14
CAPITULO 3:
3. MARCO TEORICO
3.1 Generador de Imanes Permanentes (GIP)
Un generador de imanes permanentes es un generador síncrono en el que se ha
sustituido el bobinado de excitación, normalmente en el rotor, por un sistema
formado por imanes permanentes que suministran un campo de excitación
constante.
El funcionamiento del GIP dista mucho de ser como un generador síncrono normal.
En un generador usual, se controla la tensión mediante la excitación. En un GIP la
excitación es constante por lo que al cargar el generador cae la tensión sin opción
de regulación.
Se usa en aquellos casos en los que no importa que la tensión caiga, en cierto
grado o siempre que se aplique electrónica a la salida del generador. La electrónica
puede convertir un rango de tensiones variable en tensión continua de valor
constante.
La principal ventaja es su simplicidad. La fabricación y montaje del rotor es más
barata si se usan imanes. No necesitan mantenimiento ya que no llevan escobillas.
Además la consistencia mecánica de un GIP es muy superior, aparte de no
necesitar sistemas para su excitación. Al eliminar la excitación se puede llegar a
ahorrar un 20% de energía simplemente por usar imanes. Al ser una fuente de
energía independiente del generador, puede servir para suministrar energía a
sistemas auxiliares del generador principal.
3.2 Clases de Generadores de Imanes Permanentes
En el apartado anterior se supone que se tiene una fila de imanes que se mueve
con velocidad “lineal” frente a un grupo de espiras. Dicha situación no es la que se
da en los generadores eléctricos, sino que los imanes se mueven con velocidad
“circular”. Según sea el eje de giro, los generadores son de dos tipos, de flujo axial y
de flujo radial.
Generadores de flujo axial: el eje de giro es paralelo al campo magnético de los
imanes.
15
Generadores de flujo radial: el eje de giro es perpendicular al campo magnético
de los imanes.
Las expresiones “flujo axial” y “flujo radial” no son físicamente correctas, puesto que
el flujo es una magnitud escalar y por tanto no puede tener sentido axial ni radial,
pero esta terminología se ha establecido como distintiva de los dos tipos de
generadores, y por ello continuaremos usándola en este documento.
3.2.1 Generadores de Flujo Axial
En los generadores de flujo axila, los imanes se disponen sobre un disco de
hierro que gira alrededor de un eje perpendicular que pasa por su centro. Así
pues el campo magnético de los imanes es paralelo al eje de giro, y de ahí la
frase “flujo axial” que realmente significa campo magnético paralelo al eje de giro.
3.2.2 Generadores de Flujo Radial
En los generadores de flujo radial, los imanes se colocan sobre la superficie
lateral de un cilindro que gira alrededor de su propio eje. En este caso el campo
magnético de los imanes es perpendicular al eje de giro, y por tanto va en
dirección radial, y de ahí la frase “flujo radial” que realmente significa campo
magnético en dirección radial o perpendicular al eje de giro.
3.3 Alternador Convencional Automotriz
Los alternadores convencionales de automóviles están diseñados para cargar
baterías a 12 V cuando su velocidad de rotación se encuentra a 3600 RPM.
Se busca conseguir que su funcionamiento sea adecuado aun en condiciones de
bajas velocidades de rotación.
3.4 Consideraciones Generales de los Imanes Permanentes
3.4.1 Imanes de Acero al Carbono
Los aceros de medio y alto carbono poseen la propiedad de magnetizarse por
medios mecánicos o físicos y de retener en cierta medida este magnetismo.
Golpes, deformación plástica, tensiones mecánicas elevadas, etc. son ejemplos
de acciones mecánicas que pueden inducir magnetización de aceros. La
aplicación de campo magnético externo, la circulación de corriente, etc., son
ejemplos de acciones físicas que pueden generar el mencionado efecto. Con el
16
avance de la metalurgia del acero se exploró el efecto de diversos elementos
aleantes, lo que permitió descubrir que la adición de cromo, tungsteno, etc.,
además de modificar las propiedades mecánicas, también modificaba su
capacidad de retener la magnetización. Los diversos grados de imanes de acero
que se desarrollaron de esta forma en los siglos XVIII y XIX, fueron la única
alternativa tecnológica práctica disponible, hasta que se crearon imanes más
avanzados recién en el siglo XX. Diversas máquinas eléctricas de la época
fueron posibles merced a este tipo de imanes, como por ejemplo los llamados
“magnetos” (dispositivos que generaban la alta tensión para el encendido en los
motores a explosión). Ejemplos de imanes de acero:
Acero al cromo 3% Cr, 0,9%C, 0,3 % Mn.
Acero al tungsteno 6%W, 0,7% C, 0,3% Cr.
Acero 15 cobalto 15% Co, 5% Cr, 1% C, 1% W, 1 % Mo.
3.4.2 Imanes de Alnico
“Alnico” es el nombre genérico de una familia de imanes permanentes que
comenzaron a desarrollarse en la década de 1930 y que recibió esta
denominación porque generalmente, además de hierro, estos imanes contienen
aluminio, níquel y cobalto como elementos de aleación. Existen diversos grados
de Alnico dependiendo de la tecnología de fabricación y de las proporciones que
guarden los elementos mencionados (pueden contener además cobre). Su
aspecto es metálico, similar al de un acero, aunque mecánicamente son más
frágiles. Cada grado posee propiedades particulares que son de interés para un
uso determinado. Estos imanes constituyeron un importante avance respecto a
los de acero al carbono (mayor resistencia a la desmagnetización o sea,
coercitividad) y presentan algunas propiedades que los hacen actualmente
insustituibles en ciertos usos particulares (Ejemplo: instrumentos de medición,
donde se requiere independencia de las propiedades magnéticas con respecto a
la temperatura, además de estabilidad en el tiempo).
Ejemplos:
Alnico 1 59 % Fe, 21 % Ni, 12 % Al, 5 % Co, 3 % Cu.
Alnico 4 56 % Fe, 27 % Ni, 12 % Al, 5 % Co.
Alnico 5A 50 % Fe, 15 % Ni, 8 % Al, 24 % Co, 3 % Cu.
17
3.4.3 Imanes de Ferrite:
Las ferritas o ferrites deben su nombre a la denominación en inglés del
compuesto químico del que están hechas (Ej.: Barium ferrite, BaFe12O19).
Presentan un color gris oscuro, son frágiles e inmunes a la corrosión. Estos
compuestos superaron ampliamente la coercitividad del Alnico y a un costo
mucho menor. Desarrolladas a partir de 1950, son actualmente insustituibles para
gran número de aplicaciones en la cuales el costo es una variable importante,
pero el volumen y peso no son muy limitantes. Ejemplos de utilización son los
parlantes, los motores de corriente continua para industria automotriz, etc.
Ejemplos:
Ferrita de Bario BaO.6Fe2O3 (13,8 % BaO, 86,2 % Fe2O3).
Ferrita de Estroncio SrFe12O19
3.4.4 Imanes de Tierras Raras:
Antes del desarrollo de esta nueva generación de imanes, la tecnología disponía
en la práctica de dos opciones: los diversos grados de Alnico (alta remanencia y
baja coercitividad) y ferritas (baja remanencia y alta coercitividad). Con los
imanes de tierras raras la tecnología logra condensar en un solo compuesto las
mejores prestaciones de las generaciones anteriores de imanes, obteniendo
imanes de alta remanencia y alta coercitividad. Los primeros imanes de tierras
raras que se desarrollaron (1960) fueron los de Samario-Cobalto, que
presentaban propiedades magnéticas superlativas en relación los Alnico y las
ferritas, pero que tenían el inconveniente de ser muy costosos. De cualquier
forma, sus propiedades magnéticas les permitían reemplazar a las viejas
generaciones con un peso mucho menor, lo que los hizo particularmente aptos
en aquellas utilizaciones donde la disminución de peso (Por ejemplo en la
industria aeronáutica) o la miniaturización (Por ejemplo motores de Discman) son
de tal importancia que justifican el incremento del precio. Posteriormente, en
1984 aparece comercialmente un nuevo compuesto basado en una tierra rara, el
llamado Neodimio-Hierro-Boro, que supera las propiedades magnéticas del
samario cobalto a precio menor, aunque con una temperatura máxima de
operación también menor. El compuesto básico del neodimio-hierro-boro
(Nd2Fe14B) presenta algunas limitaciones para su uso práctico (además de
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referencia a ella a fines didácticos. Actualmente la antigua “línea” del sistema c.g.s.
se denomina Maxwell:
1 G = 1 Maxwell / cm2 = 1 Mx / cm2 En la figura anterior, el flujo magnético a través de la superficie “s”, expresado en el
sistema c.g.s. sería entonces de 10 Maxwell. Según una definición más rigurosa, el
flujo magnético es el flujo del vector campo magnético a través de una superficie
determinada, que tiene en cuenta, además de la densidad de flujo en cada punto, la
orientación del área considerada en relación a la dirección del campo:
φ= ∫∫ B.dA La cuantificación del flujo magnético es muy importante desde el punto de vista
tecnológico. La tensión eléctrica que se induce en una espira (o en un bobinado)
está directamente relacionada con el flujo magnético concatenado. La cupla de un
motor está directamente relacionada con el flujo magnético en los polos.
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de diseño, ob
de Funcion
rador de fluj
eje de la má
Ambos rotore
s en el gener
Figura 4.1
CON IMAN
Flujo Axial
aerogenera
ctrónica de
uaciones de
bteniéndose
namiento
jo axial, el fl
áquina. Se c
es están un
rador se pue
. Estructura
20
NES PERM
con Imane
ador de flujo
potencia qu
diseño, los
e los valores
lujo magnéti
compone de
nidos por un
ede apreciar
de un gene
MANENTES
es Perman
axial con im
ue se requie
supuestos y
que especif
ico pasa po
un rotor fro
n eje longit
r en la figura
erador de fluj
S
entes
manes perm
eren para la
y los criterio
fican la máq
r las bobina
ontal, un esta
udinal. La d
a 4.1.
jo axial
anentes, jun
a operación
s utilizados
quina.
as en direcci
ator y un ro
disposición
nto
de
en
ón
tor
de
p
p
u
r
g
i
m
s
El estator co
producto de
permanente
una base fija
Los imanes
rotor a otro,
gira; se ind
indicar que
modular, al a
Las ventajas
son las sigu
Acop
aspa
cajas
gene
Los
enfria
Figura 4.2.
ontiene bob
el flujo var
es ubicados
a, inmóvil.
permanente
cruzando a
uce así el
dicha conf
agregar otro
s de un aero
uientes:
plamiento di
as, que evita
s multiplicad
eración, ade
rotores, con
ando los enr
Esquema d
inas de alam
riable que
en los rotore
es se ubican
a través de
voltaje sinu
figuración p
o estator de
ogenerador c
recto de las
a el uso de
doras agreg
más de requ
n los imane
rollados de e
21
el rotor con
mbre de cob
produce el
es frontal y
n de forma t
las bobinas
usoidal en lo
ermite el c
bobinas junt
con generad
s partes móv
una caja m
gan vibracio
uerir lubricac
s que los c
estator.
las palas ins
bre, en las c
campo m
posterior. E
tal que el flu
s del estator
os terminale
recimiento d
to con otro r
dor síncrono
viles del ge
multiplicador
ones, ruido
ción y mante
componen a
staladas
cuales se ind
agnético de
El estator est
ujo magnétic
r, mientras e
es de las b
de la máqu
rotor de iman
o de imanes
nerador con
ra de revolu
o y fatiga a
enimiento.
actúan como
duce el volta
e los iman
tá montado
co pasa de
el eje del ro
bobinas. Ca
uina en form
nes.
permanente
n el eje de l
uciones. Est
al sistema
o ventiladore
aje
nes
en
un
tor
abe
ma
es,
las
tas
de
es,
22
Se aumenta la eficiencia, al eliminar las corrientes de excitación y las
pérdidas que éstas conllevan, con lo que finalmente se disminuye el costo de
operación del equipo.
Alta relación potencia/tamaño.
Se aumenta la confiabilidad del equipo al disminuir las piezas que lo
componen.
4.3 Diseño del Generador de Imanes Permanentes hasta 25 kW
Se plantea lograr el diseño de pequeñas unidades aerogeneradores con
generadores sincrónicos de flujo axial basados en el uso de imanes permanentes,
que puedan exigirse hasta una potencia de alrededor de 25 kW y especificar los
diferentes equipos de electrónica de potencia que permitan la correcta operación de
estos aerogeneradores. Los principales aspectos a tomar en cuenta, son los
siguientes:
Elección de los imanes a utilizar, determinando claramente dimensiones y flujo
magnético de éstos.
Obtención de la relación entre velocidad de viento y rendimiento (Potencia del
viento vs potencia mecánica en eje) del aspa a utilizar para la confección de la
máquina.
Especificación del diámetro de la hélice requerida, de acuerdo a la potencia que
se desea para cada máquina, con lo que se obtiene:
Potencia nominal de cada máquina.
Definición, en función de la potencia nominal de la máquina, de:
Número de polos.
Número de bobinas.
Área de bobinas.
Realizar diagrama de conexión de enrollados de estator
Elección del conductor a usar en las bobinas, con el consiguiente cálculo de:
Resistencia por unidad de longitud.
Inductancia por espira.
Velocidad de desconexión por calentamiento de bobinas.
Cálculo del número de espiras por bobina, con lo que se especifica el modelo (o
circuito equivalente).
23
Dimensionamiento del cuerpo del generador, a fin de contar con el espacio
suficiente para la instalación de imanes y bobinas.
Con el modelo se debe, a continuación, realizar la simulación del comportamiento
de la máquina según diversas razones de velocidad de punta, en función de la
velocidad de viento, conociéndose de esta forma.
Máxima corriente de salida de la máquina.
Nivel de tensión en bornes.
Velocidad de viento de calentamiento de enrollados (de acuerdo a las
razones de velocidad de punta especificadas).
Con los datos anteriores, se pasa a la etapa de rectificación. Así, con los datos
del comportamiento de la máquina, según su razón de velocidad de punta y la
velocidad de viento, se simula el comportamiento del equipo de rectificación,
obteniéndose para éste:
Corriente media y corriente efectiva de los elementos semiconductores del
rectificador.
Tensión continúa de salida.
Corriente continúa de salida.
Posteriormente se requiere especificar un sistema de control de tensión continua,
además de un filtro, que estabilice el valor de la tensión a la salida del rectificador
de cada aerogenerador antes de la conexión con el control de tensión continua.
En este caso se logra obtener:
Tipo de filtro y valores de sus componentes.
Corriente y tensión de entrada y salida del equipo de control de tensión
continúa.
Ciclo de trabajo del equipo de control de tensión continúa.
Especificación de equipos de almacenamiento de energía:
Voltaje de cada unidad.
Corriente máxima de cada unidad.
Diagrama de conexión.
Luego se requiere especificar el equipo de inversión de tensión, y el filtro de la
tensión de salida, previa conexión a la red local de la comunidad. Se conoce así:
Corriente media y corriente efectiva de los elementos. semiconductores del
equipo.
4.3.1
4.3.2
Niv
Tip
Finalmen
transmitir
consumo
Elección
Para la co
generado
mayor flu
dimensio
Obtenci
Potencia
Una de la
aerogene
de la hé
velocidad
tanto, si c
la máquin
de la máq
del aerog
aerogene
continuac
Modelaci
de gene
dependie
veles de tens
po de filtro y
nte, se requ
r la energía
os.
n de los Im
onfección de
or, se consid
ujo que se e
nes son apr
Tab
ón de la R
a de la Má
as principale
erador es la
élice)/ (veloc
d del viento
conoce la ve
na para cier
quina para o
generador.
erador es me
ción:
ón de torqu
eración, que
endo del núm
sión y corrie
valores de s
uiere un tr
a generada
manes a Ut
e los discos
deran imane
encontraron
roximadame
bla 4.1. Dime
Relación en
quina
es variables
“Razón de V
cidad del vi
y por la ve
elocidad del
rtas condicio
obtener la RV
La forma d
ediante un a
ue resistivo,
e se relac
mero de polo
24
nte a la entr
sus compone
ransformado
en los nive
ilizar
de imanes,
s de 14500
en el merc
nte las indic
ensiones de
ntre Veloc
que influye
Velocidad de
iento). Esta
elocidad de
viento o se
ones, sólo ba
VP y así log
e conocer
análisis de c
en función
ciona con
os, como se
rada y salida
entes.
or elevador
eles de tens
conjunto qu
Gauss cada
cado. Tienen
cadas en la t
e los imanes
cidad de V
n en el coef
e Punta”, RV
a magnitud
rotación de
e quiere simu
asta conoce
grar conocer
la velocidad
curvas de tor
de potencia
la velocida
muestra en
a del equipo
de tensión
sión adecua
ue correspon
a uno, siend
n forma trap
tabla 4.1.
iento y Co
ficiente de p
VP = (velocid
está determ
el eje de la
ular el comp
er la velocida
el coeficien
d de rotació
rque, el que
a consumida
ad de rotac
(4.1) y (4.2)
.
n para pod
ados para l
nde al rotor d
do éstos los
pezoidal y s
oeficiente d
potencia de
dad tangenc
minada por
máquina; p
portamiento
ad de rotaci
nte de potenc
ón del eje d
se describe
a y frecuenc
ción del e
).
der
los
del
de
sus
de
un
cial
la
por
de
ón
cia
del
e a
cia
eje,
J
l
r
A
v
Dónde:
wmec: Velo
f: Frec
p: Núm
Tr: Tor
De: Dem
Model
de la i
Dónde:
Tu: Corres
Tt: Corres
Jt: Correspo
las aspas, la
r: Correspo
A: Correspo
v: Correspon
Intercepta
de operac
cidad angula
cuencia del
mero de polo
rque resistivo
manda eléctr
ación de tor
nercia del ro
sponde al tor
sponde al tor
onde al mom
as cuales, s
onde a la de
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nde a la velo
ar ambas cu
ción
ar de la máq
voltaje gene
os de la máq
o provocado
rica (W).
rque útil de
otor de la mi
rque útil, apr
rque captado
mento de ine
se modelan c
nsidad del a
a de barrido
ocidad del v
urvas, despe
25
quina (rad/s)
erado (Hz).
quina.
o por la carg
la turbina e
sma.
rovechable p
o por la turb
ercia del disc
como barras
aire
de la máqui
iento
ejar w de est
).
a eléctrica (
n función de
por la máqui
bina
co central de
s para este c
na
ta igualdad
Nm).
el viento que
ina
e la máquina
caso
y encontrar
( 4.3 )
( 4.4 )
(4.5 )
( 4.3 )
( 4.4 )
( 4.1 )
( 4.2 )
e ésta capta
a más el de
una velocid
a y
ad
S
p
e
Siguiendo e
proporciona
escenarios:
1. Que la
caso l
lo que
torque
movim
la form
2. Que la
de torq
caso
este procedi
dos soluc
as solucione
as curvas d
no se cuen
e de partida
miento y el a
ma exhibida
Figu
as solucione
que motriz y
se debe
miento se ll
ciones, y q
es a la ecuac
e torque mo
ta con un pu
a de la má
aerogenerad
en la figura
ura 4.4. Solu
es a la ecuac
y de torque
realizar un
26
lega a una
que además
ción anterior
otriz y de tor
unto de oper
áquina es
or no se mu
4.4.
uciones com
ción anterior
resistente s
análisis d
ecuación d
s lleva a
r sean comp
rque resiste
ración de la
insuficiente
ueve. En est
mplejas conju
r sean reales
se intercepta
de estabilid
e segundo
enfrentar d
lejas conjug
nte no se in
máquina, d
como par
te caso las
ugadas
s, en cuyo ca
an en dos pu
dad median
grado, la cu
dos diferent
gadas, en cu
nterceptan, p
ebido a que
ra ponerla
curvas son
aso las curv
untos. En es
nte pequeñ
ual
tes
uyo
por
e el
en
de
vas
ste
ñas
oscilac
restitu
aumen
(consu
velocid
A. En
torque
tambié
inversa
velocid
perma
3. Una v
conoc
ciones, pue
yentes. Es
nta su veloc
umos eléctri
dad de giro
el caso de d
e resistivo, ll
én en el pu
as, que pr
dad o la red
anezca en el
ez que se c
er el coeficie
esto que u
decir, si la
cidad de gir
cos), al ser
de la máqu
disminuir la v
eva la máqu
unto A. El o
rovocarán q
duzca hasta
punto de op
Figura 4
conozca la v
ente de pote
27
un solo pu
máquina es
ro, el torque
mayor que
uina, y la dej
velocidad de
uina a aume
otro punto
que la má
llegar al pu
peración B u
4.5. Solucion
velocidad de
encia a partir
unto (punto
stá en el pu
e resistivo
el torque m
ja operando
e giro, el torq
entar su velo
(B) present
quina aume
unto estable
un tiempo co
nes reales
e operación d
r de la RVP
A) prese
unto A y por
producido p
motriz, lleva
o nuevamen
que motriz a
ocidad y la d
terá relacion
ente indefin
e A, siendo
onsiderable.
de la máqui
mediante la
ntará torqu
r algún moti
por las carg
a disminuir
te en el pun
al ser mayor
deja operan
nes de torq
nidamente
imposible q
(figura 4.5).
na, es posib
a fórmula (4.6
( 4.6 )
ues
ivo
gas
r la
nto
r al
do
ue
su
ue
.
ble
6).
4.3.3
Dónde:
Ángu
Utilizand
función
seleccio
Especifi
Se plante
genere a
potencia
para gene
Para con
coeficient
usar, par
ulo de paso
do la fórmul
de la RVP, e
onada. (figura
Figura 4.6
icación de
ea obtener u
aproximadam
se elige lue
eradores de
ocer la dime
te de poten
ra así verific
de la hélic
la anterior,
exponiendo
a 4.6).
6. Coeficient
la Hélice
una máquin
mente 25 k
go de conoc
e estas carac
ensión de la
cia o rendim
car que se c
28
e
se puede g
gráficament
te de Potenc
a que a la
kW de pote
cer las magn
cterísticas.
s aspas del
miento de la
cumpla el req
graficar el co
te este com
cia en funció
mayor veloc
encia, con
nitudes que
aerogenera
a hélice con
quisito de p
oeficiente d
portamiento
ón de la RVP
cidad de vie
un voltaje
se ofrecen e
ador es nece
el aspa qu
potencia a ge
e potencia
o para la héli
P
ento aceptad
alterno. Es
en el merca
esario saber
e se preten
enerar. Así
en
ice
da,
sta
do
r el
de
se
4.3.4
4.3.4.
tiene, po
potencia
correspon
Luego, pa
sistema e
90%, sin
costo, sin
considera
CP = 43%
Luego, de
generació
recopilad
siguiente
máximo d
Definició
1 Núme
El núm
la frecu
Se pro
final e
conside
facilitar
r ejemplo, q
se obtiene
nde aproxim
ara especific
eléctrico del
embargo, p
n todas las
a una eficien
%, nE = 0,85
e (4.7), se p
ón vmax y u
os para la
, se toma
de generació
n de Polos
ero de Polo
mero de polo
uencia del vo
ocurará gene
n la cual la
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rá el alisami
que para el
e para bue
madamente a
car las aspa
generador.
puesto que
mejoras qu
ncia nE un p
y tiene lo sig
puede despe
una densida
región a a
una densida
ón vmax de 1
s y Bobina
os y de Ima
os que prese
oltaje que se
erar un volta
a energía s
ás que mien
iento de la c
29
l tipo de hé
ena razón d
a CP = 43 %
as a utilizar,
Generador
en este cas
e pueden a
poco menor,
guiente:
ejar un valor
ad de aire
analizar, dat
ad de aire
4 m/s, con l
s
anes
entará el aer
e desea gen
aje cuya fre
será utilizad
ntras mayor
corriente y s
élice elegida
de velocida
%, como se p
solo resta c
res actuales
so se trata
ayudar a log
, de 85%. D
de r, a part
mínima ρ.
tos que se
crítica de
o que se ob
rogenerador
nerar.
ecuencia sea
da, que corr
r sea la frec
se disminuirá
a, el mejor
ad de punta
puede ver en
conocer el re
tiene eficie
de un gene
grar dichas e
De esta form
ir de un vien
Basándose
exponen e
0,69 Kg/m3
btiene:
r tiene direct
a cercana a
responde a
cuencia gene
á el rizado d
( 4
( 4
( 4
coeficiente
a de 10,4,
n la figura 4
endimiento d
ncias sobre
erador de ba
eficiencias,
a, suponien
nto máximo
en los dat
en el capítu
3, y un vien
ta relación c
a la frecuenc
50 Hz, y
erada, más
del voltaje a
.7 )
4.8 )
4.9 )
de
y
.6.
del
el
ajo
se
do
de
tos
ulo
nto
con
cia
se
se
a la
salida
girará
velocid
Dónde
w: Velo
r: Rad
v: Velo
En rpm
Velocidad
Luego, dep
del rectifica
la máquina
dad de viento
:
ocidad angu
io del aerog
ocidad del vie
m:
de rotación
pendiendo d
ador. Por ot
(ns) se ob
o y la velocid
lar (rad/s).
enerador (m
ento (m/s).
que proporc
del viento, pa
30
tra parte, la
btiene de la
dad angular
m).
ciona una fre
ara obtener 5
as revolucio
ecuación d
del aerogen
ecuencia de
50 Hz, se re
( 4.10 )
(4.11 )
( 4.12 )
( 4.13 )
nes por min
de RVP, qu
nerador (4.1
generación
equieren:
nuto a la q
e relaciona
0).
según (4.13
( 4.14 )
ue
la
3)
4.3.4.
Es decir, p
no se pued
hecho de i
Sin embarg
rectificació
frecuencia
Por otro la
número de
generado p
Así, se elig
en total.
De esta for
Se puede
configurac
requiere 3
cantidad s
discos con
imanes.
2 Núme
Para e
relació
número
para todos e
de realizar d
mplementar
go, la forma
ón y luego
distinta a lo
ado, si se de
e polos com
por todos los
ge 18 polos,
rma se tiene
concluir en
ión a usar,
36 imanes p
e modificará
n imanes y d
ero de Bob
este caso, e
n (4.16) e
o de polos d
estos casos
debido a rest
r tantos polo
de operació
otra de inv
os 50 Hz.
esea utilizar
mo un múl
s imanes en
previendo u
e (4.15):
ntonces que
de rotor de
para el des
á, tal como
dos discos c
inas
l de un gen
entre el núm
del generado
31
se requieren
tricciones de
s encarecer
ón elegida, q
versión, per
al máximo
tiplo par de
todo mome
un esquema
el aerogen
elantero y tr
sarrollo del
se explica m
con bobinas
erador trifás
mero de bo
or.
n una gran
e espacio y
ría demasiad
que consiste
rmite que la
el espacio d
e 3, es po
ento, maximi
de 6 bobina
nerador será
rasero, amb
aerogenera
más adelant
, con lo que
sico, se tien
obinas posib
cantidad de
de presupue
do el aeroge
e en una prim
a generació
del generad
osible aprov
izando el us
as por fase,
á de 18 pol
bos con ima
ador. Sin em
te, a un esq
e se llega a
ne que tene
bles de imp
(
(4.16
e polos, lo cu
esto, ya que
enerador.
mera etapa
ón sea a u
dor, al elegir
vechar el flu
so de espacio
y 18 bobina
los, y dada
anes, luego
mbargo, dic
quema de tr
un total de
r en cuenta
plementar y
( 4.15 )
6 )
ual
e el
de
na
r el
ujo
o.
as
la
se
cha
res
54
la
el
4.3.4.
4.3.5
Toman
(6 por
enlaza
Se con
3 Tamañ
Se req
los ima
imanes
Así se
por lad
períme
Diagram
En una m
equilibrad
del mism
a una se
otra fase
Donde p
donde el
otra bobin
A continu
estator, d
por fase e
ndo k = 3, y
fase), las c
dos por ellas
ncluye así qu
ño de las B
uiere que la
anes, por ta
s.
elige una bo
do, lo que la
etro total de
ma de Cone
máquina elé
dos, sus bob
o tipo de ca
paración fís
de:
correspond
número de
na es de 13
uación, en la
de acuerdo
elegidas.
colocando 1
cuales es po
s puedan su
ue el genera
Bobinas
as bobinas p
anto deben
obina que si
a deja con tr
167 mm.
exión de E
éctrica trifás
binas deben
able, estar se
ica o geomé
de al númer
polos de la m
,3º.
a figura 4.7, s
al número d
32
18 polos en
osible conec
umarse.
ador tendrá 1
puedan enlaz
poseer un
gue la forma
es lados de
nrollados
sica, para qu
n, además de
eparadas po
étrica entre c
ro de polos
máquina es
se ilustra el
de polos de
el generado
ctarlas de f
18 bobinas
zar la totalid
área mayo
a del imán, c
e 38 mm. y u
de Estator
ue sus volta
e ser del mi
or 120º eléct
cada bobina
de la máq
18, la separ
lugar de ub
e la máquina
( 17 )
or, se requie
forma tal qu
dad del flujo
or que la qu
con una holg
uno de 53 m
r
ajes y corrie
ismo númer
tricos, lo que
a de una fas
uina. Así pa
ración angu
icación de la
a y el núme
)
ere 18 bobin
ue los camp
generado p
ue poseen l
gura de 5 m
mm., dando
entes result
ro de vueltas
e correspon
se con la de
ara este ca
lar entre una
as bobinas d
ero de bobin
nas
pos
por
los
m.
un
ten
s y
de
e la
aso
a y
del
nas
4.3.6
Elección
Para est
vayan en
como pa
como par
utilizar ca
El cable
mW/m a
de tempe
Figura 4.7
n del Cond
e tipo de a
ntre 14 y 17
ra disminuir
ra poder ma
ables de cob
elegido, 14
una temper
eratura.
7. Diagrama
ductor y Cá
aplicaciones
7 AWG, ya
r las pérdida
alearlos y co
bre de 14 AW
4 AWG, pre
ratura de 20
33
de ubicació
álculo de P
s se recomi
que esos ta
as óhmicas,
onfeccionar
WG para este
esenta una
0ºC. Este va
ón de bobina
Parámetros
enda utiliza
amaños son
y a la vez
las bobinas
e caso.
a resistencia
alor aumenta
as del estato
s de Estato
ar cables cu
n suficientem
suficienteme
. Por tanto,
a caracterís
a en 4 μW/m
or
or
uyos tamañ
mente grues
ente delgad
se ha elegi
tica de 8,2
m por cada
ños
sos
dos
do
86
ºC
4.3.7
4.3.7.
Cálculo
1 Voltaj
Para c
de dis
Dónde
Ve: Vo
f: Fre
B: De
Ai: Áre
Por ot
Dónde
p:
RVP: R
v:
r: R
Reem
Si se tom
densidad
imanes e
958 x 10-
del Núme
je por Esp
calcular el n
eño (4.18):
e:
oltaje por esp
ecuencia del
ensidad de fl
ea del imán.
ro lado, com
e:
Número de
Razón de ve
Velocidad d
Radio del ae
plazando (4
man 18 polos
de flujo tot
en que cada
-6 m2, se lle
ro de Espi
iras
úmero de es
pira de la bo
voltaje gene
ujo máximo
mbinando las
polos de la
elocidad de
el viento.
erogenerado
.19) en (4.18
s, una RVP d
tal de 2,9 W
imán propo
ega a (4.21):
34
ras por Bo
spiras por b
obina.
erado.
que atravies
s ecuaciones
máquina.
punta.
or.
8), se conclu
de 10,4, un
Wb/m2 (corr
orciona 1,45
obina
obina, se ut
sa la bobina
s (4.10), (4.1
uye (4.20):
radio de 4,8
respondiente
5 Wb/m2) y u
( 4.18 )
( 4.19 )
( 4.20 )
tiliza la sigui
a.
12), se tiene
8 metros de
e al caso d
un área de
iente ecuaci
e:
largo, con u
e 2 discos
los imanes
ón
na
de
de
4.3.7.
2 Espir
Los co
solo e
funcio
equipo
Para e
corrien
compa
esto s
diseño
La
con
Las
hor
del
El e
ven
exte
Luego
para e
misma
el equ
Áre
Den
Cor
ras por Bob
omponentes
especifican
namiento qu
o.
especificar lo
nte de 12
arada con la
e debe a la
o:
máquina e
nstante, lo qu
s velocidade
ras la tempe
equipo en e
equipo no es
ntilación de é
erior.
o de lo expue
el diseño de
a densidad d
ipo si la den
ea del cable
nsidad de co
rriente de de
bina
eléctricos q
sus carac
ue no deben
os próximos
A/mm2, qu
usada norm
s caracterís
estará some
ue ayuda a l
es mayores
eratura amb
el momento d
stará enclau
éste, sino m
esto, se just
la máquina
de corriente
nsidad exced
14 AWG = 2
orriente máx
esconexión =
35
que se utiliza
cterísticas,
n violarse si
s valores de
ue correspo
malmente en
sticas particu
etida a cor
la refrigerac
de viento,
biental es m
de máxima e
ustrado en a
más bien est
ifica la elecc
a. Además s
de 12 A/mm
de este valor
2,08 mm2.
xima = 12 A/
= 25 A.
ará en el dis
sino, adem
no se dese
e diseño, se
nde a una
n el diseño d
ulares de bu
rrientes de
ción del equi
se registra
ás baja, ay
exigencia.
alguna estruc
tará práctica
ción anterior
se fija como
m2, con lo cu
r. Así se tien
/mm2.
( 4.21 )
eño del aero
más impone
ea degradar
utilizará una
magnitud
de equipos e
uena refriger
aire (vient
po.
n por la no
yudando a la
ctura que im
amente en c
r de densida
límite, de o
ual se deber
ne:
ogenerador
en límites
la vida útil d
a densidad
un tanto a
eléctricos, pe
ración de es
to), en form
oche, en es
a refrigeraci
mpida la bue
ontacto con
ad de corrien
operación es
rá desconec
no
de
del
de
alta
ero
ste
ma
sas
ón
ena
el
nte
sta
tar
Sin em
como
funcio
en que
un vie
siguien
todo e
Diciem
Según
Así:
Finalm
Donde
Las ex
Esta c
solo d
imane
imán.
mbargo, dise
resultado
namiento en
e el equipo
nto máximo
nte, y adem
el año, y por
mbre que cor
n lo expuesto
mente, consid
e Ve(vdesc) c
xpresiones o
cantidad de
isco de esp
s, obteniend
eñar el gene
un equip
n repetidas o
sea capaz d
de 14 m/s (
ás consider
r lo tanto en
rresponde a
o, la potenci
derando un
corresponde
ocupadas pa
espiras es d
iras, luego,
do como fluj
36
erador basán
po subdime
ocasiones. P
de operar d
(50,4 km/h),
rando que e
frentar mayo
0,78 kg/m3
a eléctrica e
diseño que
al voltaje in
ara rg y xg se
demasiado
se decide u
jo enlazado
ndose en la
ensionado,
Por tanto, el
durante el 95
, datos que s
l aerogener
ores densid
3.
es la que res
funcione pa
nducido por
e explican en
alta como p
tilizar dos d
o el triple de
velocidad p
que debe
diseño se h
5 % del tiem
se exponen
rador debe o
ades del air
sulta en (4.2
ara vientos h
espira eval
n el ítem 4.3
para implem
iscos de es
el proporcion
promedio da
ería salir
hará pensan
mpo, toleran
en el capítu
operar duran
re, como la
2) y (4.23)
asta 14 m/s
uado a vdes
3.9.
entarse en
piras y tres
nado por ca
( 4.22 )
( 4.23 )
( 4.24 )
( 4.25 )
ría
de
do
do
ulo
nte
de
sc.
un
de
ada
37
Luego, repitiendo el procedimiento de cálculo, ahora para un valor de flujo de
4,35 Wb/m2, se obtiene un diseño de 86 espiras en total, lo que implica
colocar 43 espiras en cada disco de bobinas. Sin embargo, para redondear los
valores, se colocarán 90 espiras en total, con lo que es posible colocar 45
espiras por bobina por disco en 9 capas de 5 espiras cada, con lo que se
aumentará un poco la potencia máxima obtenida.
4.3.8 Dimensionamiento del Cuerpo del Generador
Para poder dimensionar el cuerpo del aerogenerador, es necesario especificar la
forma que tendrán las bobinas, de qué forma se hará el arreglo de 18 bobinas por
disco.
Para este caso se escoge realizar 9 capas de 5 espiras concéntricas cada una,
luego si el diámetro del cable AWG 14 es de 1,63 mm, entonces los lados de la
bobina exterior son de 69,3 x 54,3 mm., lados A y B respectivamente de la figura
4.8., en donde se muestra a modo ilustrativo el disco con dos bobinas una al lado
de la otra además de un imán.
Así, deno
que se tie
mostrado
Dónde:
A: 69,3 m
a: 13,3º,
b: 83,35º
Se obtie
correspon
Figur
ominando b
ene un trián
o en la figura
mm
la separació
ene finalme
nderá a un d
ra 4.8. Diagr
al ángulo fo
gulo isóscel
a, debe ser:
ón entre una
ente el tam
disco de 30 c
38
rama del cue
ormado por e
les, el radio
y otra bobin
maño del c
centímetros
erpo del gen
el tramo R y
del disco, c
na dentro de
cuerpo del
de radio.
( 4.26
nerador
y el tramo A,
correspondie
el disco
aerogener
6 )
consideran
ente al trazo
rador, el q
do
o R
ue
4.3.9
Modelo
El largo p
Luego la
Ahora, pa
ley circuit
Dónde:
μ0 = Perm
aire
N = Núme
l = Largo
A = Área
valor
Para el c
correspon
sola gran
multiplica
Equivalen
promedio de
resistencia
ara obtener
tal de Ampé
meabilidad m
e, entonces s
ero de espir
o que recorr
por la que a
r de 958 mm
cálculo, es n
nden a 540,
n bobina, s
ar este valor
te de la Má
cada espira
de estator p
el valor de l
re (30):
magnética de
se aproxima
ras por fase
re el flujo
atraviesa el f
m2.
necesario co
, sin embarg
ino, se deb
por el núme
39
áquina
a se obtiene
por fase, corr
la inductanc
el vacío (por
a al valor en
flujo, que co
onsiderar tod
go, no es p
ben calcular
ero de polos
mediante e
responde a:
cia de fase d
r que el reco
el vacío) 4 x
orresponde a
das las esp
osible cons
r las espiras
s de la máqu
el cálculo sig
del generado
orrido del fluj
x 10-7 Henry
al área del im
piras de una
iderarlas tod
s por cada
uina, ya que
( 4.27 )
( 4.28 )
( 4.29 )
uiente (4.27
or, se aplica
jo lo hace po
y/m
mán, con un
a fase, las q
das como u
polo y lue
de esta form
7):
a la
or
ue
na
ego
ma
4.4
r
f
s
i
v
T
e
2
se suma
interaccio
Así,
Conocido
modelo e
Equipos d
El esquema
regulación d
frecuencia c
sistema de g
imán perma
variables, no
Teniendo e
electrónica d
1. Etapa de
2. Filtro LC
períodos
an inductan
ones que pro
os los valore
equivalente d
Figu
e Electrón
a de electró
del suministr
constantes. P
generación,
nente (sin re
o sincronizad
sto en con
de potencia
rectificación
: alisamiento
de apertura
ncias que
oduzcan ind
es de la res
de la máquin
ura 4.9. Mod
ica de Pot
nica de pot
ro de la ene
Para lograrlo
el cual está
egulación de
das entre sí
sideración,
debe dividir
n (polifásica
o de la corr
a del choppe
40
están en c
uctancias m
sistencia e i
na que se ilu
elo equivale
encia
tencia a util
ergía eléctric
o, es necesa
á conformad
e tensión), l
(independie
la regulació
se en las sig
): Rectificad
riente y alm
er.
cuadratura
mutuas.
inductancia
ustra en la fig
ente de la m
izar, tiene c
ca, procuran
ario conside
o por un co
os que oper
entes).
ón mediant
guientes eta
ores tipo pu
macenamient
magnética
de estator,
gura 4.9.
áquina
como objetiv
ndo un nive
erar las cara
njunto de ge
ran a tensió
e el uso d
apas:
uente trifásic
to de energ
( 4.30
y no tien
se obtiene
vo principal
el de tensión
acterísticas d
eneradores
n y frecuenc
e equipos
co de diodos
ía durante l
0 )
en
el
la
n y
del
de
cia
de
.
los
3
4
5
6
7
8
C
n
A
n
4.4.1
4.4.2
3. Regulado
regulació
4. Banco de
5. Rectificad
6. Transform
7. Filtro de a
8. Línea de
local.
Cabe menci
no se abord
Antes de c
necesario in
Corriente
Viene da
durante u
Dónde:
T: Períod
id(t): Corri
q: Númer
por un
Corriente
Viene da
circula po
or de tensió
ón de tensión
e baterías.
dor controlad
mador (D-Y)
armónicas y
transmisión
ionar que la
arán por ale
comenzar a
ntroducir algu
e Media de
ada por la in
un ciclo, com
do, equivalen
iente que cir
ro de conmu
n elemento.
e Efectiva d
ada por la ra
or el elemen
ón del tipo
n y corriente
do operando
elevador de
y corrección
n en BT has
as especifica
ejarse demas
a especifica
unos concep
e los Eleme
ntegral de la
mo se expres
nte a 1/f
rcula por el e
utaciones co
de los Elem
aíz cuadrada
to durante u
41
chopper cl
e de acuerdo
o en inversió
e tensión.
del factor de
sta punto de
aciones de l
siado del tem
ar los equip
ptos con res
entos Sem
a magnitud
sa en (4.31):
elemento en
nsecutivas d
mentos Se
a de la integ
un ciclo, com
lase A: cum
o al régimen
ón.
e potencia.
e conexión c
os filtros an
ma central d
pos de ele
specto a los s
miconducto
de corriente
:
n el instante
de la corrien
emiconduc
gral del cua
mo se expres
( 4
mpliendo un
de carga de
con la red d
nteriormente
del presente
ectrónica de
sistemas de
ores
e que circul
t
nte continua
ctores
drado de la
sa en (4.32):
4.31 )
na función
e las batería
de distribuci
mencionad
trabajo.
e potencia
e rectificació
a el elemen
que circula
corriente q
:
de
as.
ón
dos
es
n.
nto
ue
4.4.3
Cabe des
corrientes,
uno y otro
toda la c
introducida
este trabaj
pérdidas p
formas des
Voltaje R
Correspo
forma re
important
elemento
repetitiva
equipo, lu
tensión i
inutilizand
En las fig
un diodo
aprecia lo
inversa m
“breakdow
repetitivo
absoluta)
resistirlo
tacar que
es decir, c
elemento s
corriente qu
as por dicho
jo y se utili
por disipació
spreciables.
Reverso R
onde al may
epetitiva, an
te ya que d
os semicond
, cuya mag
uego, si el e
inversa en
do el equipo
guras (4.10)
o y de un r
o que suced
mayor a la
wn voltaje” o
o máximo c
), al “breakd
en forma rep
esta relació
cuando no s
semiconduct
ue circula
modelo no
zará en ade
ón en los ele
Repetitivo M
yor voltaje in
ntes de qu
dada la form
ductores se
gnitud corres
elemento no
forma repe
o.
y (4.11) se
rectificador d
de con el el
que éste
o “maximun
corresponde
down voltag
petitiva, sin
42
ón se cump
se considera
tor, suponien
por cada u
son de may
elante, ya q
ementos sem
Máximo (VR
nverso que
e éste suf
ma de funcio
e ven some
sponde a ra
está diseña
etitiva, el e
muestran la
de silicio co
emento cua
está diseña
reverse vol
e a un niv
e”, puesto q
mermar su v
ple para e
an los tiemp
ndo una con
uno de ell
yor relevanc
que solo inf
miconductor
RRM)
el elemento
fra algún d
onamiento d
etidos a vo
aíz de dos v
ado como p
elemento se
as caracterí
ontrolado (S
ando éste es
ado para to
ltage”. No o
vel de volta
que el elem
vida útil.
l modelo re
pos de conm
nmutación i
os. Las ap
cia para el te
fluirá en el c
res, las que
o es capaz
daño. Esta
del puente d
ltajes invers
veces la ten
ara soportar
e degradará
ísticas voltaj
SCR) o tiris
s sometido
olerar, corre
bstante, el v
aje menor
mento debe
( 4.32 )
ectangular
mutación en
nstantánea
proximacion
ema central
cálculo de l
son de tod
de tolerar
magnitud
de Graetz, l
sos en form
nsión fase d
r este nivel
á y quema
je-corriente
stor, donde
a una tensi
espondiente
voltaje rever
(en magnit
ser capaz
de
tre
de
nes
de
las
das
en
es
los
ma
del
de
rá,
de
se
ón
al
rso
tud
de
Teniendo
valores d
sometido
transiente
(4.33)
o esto en c
de VRRM se
os en opera
es que se p
Figura 4.
uenta, se e
ean el doble
ación norma
pudieran pro
10. Caracte
43
especificarán
e del voltaje
al, para que
ducir, por d
rística voltaj
n elementos
e inverso m
e así los e
iversas cau
je-corriente d
s semicond
máximo al qu
elementos p
sas, como s
de un diodo
( 4.33 )
uctores cuy
ue estos se
puedan tole
se muestra
yos
ean
rar
en
4.4.4
Ángulo
La prese
potencia,
de la cor
conducció
de la on
tensión c
La duraci
dando or
Dónde:
Vm: Valo
p: Númer
L: Inducta
Figura 4.
de Conmu
ncia de reac
conversor y
riente ICC d
ón simultáne
da de corrie
ontinua a la
ión de la tra
igen a la ecu
or máximo de
ro de pulsos
ancia que ge
.11. Caracte
utación
ctancia en e
ya sea AC/D
de un eleme
ea de dos e
ente en el
salida, en e
nsferencia s
uación de co
e la tensión
de voltaje d
enera el efec
44
erística voltaj
el lado de al
DC o DC/AC
ento semicon
elementos. E
elemento se
el caso de un
se expresa m
onmutación,
rectificada
durante un ci
cto de conm
je-corriente
terna de un
C, obliga a
nductor a ot
Esto, se trad
emiconducto
n rectificado
mediante el
expresada
iclo
mutación grad
de un SCR
n equipo de
una transfer
tro, con lo c
duce en una
or y una re
r.
ángulo de c
en (4.34)
dual de los e
( 4.34 )
electrónica
rencia gradu
cual habrá u
a modificaci
educción de
conmutación
elementos
)
de
ual
na
ón
la
u,
4.4.5
semicond
Especifi
Se elige
a su ma
conectar
todas en
generada
rectificad
El circuito
a continu
Dentro d
exigencia
necesario
decir, so
coeficient
Las ecua
trifásico t
ductores
icación de
como sistem
sivo uso en
cada máqu
forma inde
as por cada
or.
o correspond
ación (figura
Figura 4.
de los crite
a, es por e
o el conside
metido a u
te de potenc
aciones de
ipo puente d
l Equipo d
ma de rectifi
n la industri
uina a un r
ependiente,
a máquina,
diente a un
a 4.12):
12. Rectifica
rios de dis
esto, que pa
erar un gene
n viento de
cia de la héli
estado que
de Graetz so
45
de Rectifica
cación, un p
ia y fácil im
rectificador p
se producen
lo que impo
rectificador
ador trifásico
eño está e
ara diseñar
erador func
e 14 m/s y
ice, CP, de 4
e describen
on las siguie
ación
puente de G
mplementaci
propio, ya q
n diferencia
osibilita con
de tipo puen
o tipo puente
el satisfacer
el equipo
ionando a s
una RVP d
43 %
n el compo
entes:
Graetz de 6 p
ón. Para es
que al esta
as en las for
nectarlas tod
nte de Grae
e de Graetz.
r la condici
de rectifica
su máxima
de 10,4 que
rtamiento d
pulsos, debi
sto se plan
ar funcionan
rmas de on
das a un so
tz se presen
ión de may
ación se ha
capacidad,
e conlleva
del rectificad
do
ea
do
da
olo
nta
yor
ace
es
un
dor
j
Dónde:
VCC: Vol
Vff: Vol
v: Fre
L: Ind
Vd: Caí
ICC: Cor
PCC: Pot
En este c
la inducta
líneas lar
valor usu
lo que la
una indu
(4.37) y (
De (4.38) se
junto con la
taje continúo
ltaje fase-fas
ecuencia ang
uctancia de
da de tensió
rriente contin
encia eléctri
caso L se co
ancia de fas
rgas entre la
ual de la rea
inductancia
ctancia extr
4.38).
e desprende
inductancia
o a la salida
se a la entra
gular del volt
fase del gen
ón en el elem
núa a la salid
ica obtenida
onsidera co
se del gener
a conexión d
ctancia para
a de fase de
ra para logr
e que se req
propia del g
46
a del rectifica
ada del rectif
taje generad
nerador
mento semic
da del rectifi
a a la salida
mo inductan
ador debido
el aerogene
a estos caso
l generador
rar dicho va
quiere de un
generador lle
ador
ficador
do
conductor.
cador
del rectificad
ncia de disp
o a que no e
erador y el re
os es de ent
es insuficie
alor. Esta in
na inductanc
egar a un va
dor
persión, corr
existen trans
ectificador. N
tre un 5 % y
ente, obligan
nductancia
cia extra de
alor cercano
( 4.35
( 4.36
( 4.37 )
( 4.38 )
respondiente
sformadores
No obstante,
y un 10 %, p
ndo a conec
se calcula
10 mHy, pa
a los 11 mH
)
)
e a
s ni
, el
por
tar
en
ara
Hy.
T
c
r
d
m
t
m
g
d
A
d
Tomando es
como se mu
rectificador.
Para conoce
diodos, don
mencionado
tensión de 1
Para dimen
mayor exige
generador. T
de 10,4 se t
Reemplazan
Además, ree
deben tolera
sto en cons
uestra en (4
er un valor
de se extraj
os documen
,25 V.
sionar los e
encia, es dec
Tomando los
iene:
ndo (41) en
emplazando
ar los eleme
ideración es
4.41), para d
de Vd estim
jo dicho val
ntos. Se co
elementos s
cir cuando la
s máximos v
(43) y resolv
o (4.43) en (4
ntos semico
47
s posible ah
determinar c
mado, se usó
or a partir d
ncluyó un
emiconducto
a potencia ge
valores obte
viendo, se lle
4.32) y (4.31
onductores
hora realizar
cuál es la co
ó los “datas
de las curva
valor aprox
ores, se de
enerada es
enidos en la
ega a
1), para esp
r un balance
orriente que
sheet” de tre
as V-I prese
ximado para
be consider
la máxima q
simulación
pecificar las
( 4.39 )
( 4.40 )
( 4.41 )
( 4.42 )
( 4.43 )
e de potenc
e circula por
es modelos
entadas en l
a la caída
rar el caso
que entrega
para una RV
corrientes q
cia,
r el
de
los
de
de
el
VP
ue
A
Y
C
s
s
Así, reempla
Y finalmente
Con (4.44),
semiconduc
salida de ca
Las caracter
azando (43)
e, con (34) y
(4.45) y (
ctores que d
ada aerogene
rísticas del r
Ta
en (36) se c
y (42), se obt
4.47) se es
deben compo
erador.
rectificador s
abla 4.2. Ca
48
conoce el va
tiene el valo
specifican la
oner el rect
se observan
aracterísticas
alor de VCC
or del VRRM
as caracter
tificador trifá
en la tabla 4
s del rectifica
rísticas de l
ásico que se
4.2.:
ador
( 4.44 )
( 4.45 )
( 4.46 )
( 4.47 )
los element
e ocupará a
tos
la
r
p
r
l
4.4.6
Para la eva
rendimiento
pérdidas ade
Por otro lad
rectificador
las corriente
Especifi
Como sis
simplicida
menor co
Este equ
señal de
entre el d
T, el cho
caracterís
Estos eq
forma en
Los lla
consta
condu
Los lla
durant
obtien
En este
relación e
tipo de co
aluación de
promedio d
emás de la d
do, es impor
y evaluación
es promedio
icación de
stema de c
ad y pocos
osto.
ipo consiste
control que
de conducció
opper solo
stica la que
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Tabla 4.3. C
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51
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Tabla 4.4. C
52
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sea
un
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san
53
4.4.8 Especificación de las Baterías para Almacenamiento de Energía
Se usará baterías de ciclo profundo de 12 V, ya que este tipo de baterías está
hecho pensando en este tipo de aplicaciones de electrificación rural, donde se
requiere almacenar energía generada en un momento del día para ser usada un
poco más tarde. La conexión será de forma tal que se conectarán nueve baterías
en serie, cada una con un voltaje de flotación de 13,4 V, a fin de conseguir un nivel
de tensión de 120 V.
Además, para cada rama de baterías se requiere cuidar que la carga de éstas no
sobrepase sus límites técnicos, así como evitar desbalances en los niveles de
voltaje entre las baterías. A fin de solucionar esto, se conectara una lámpara de
diodos zener, la cual regulará el nivel de voltaje de cada batería.
54
CAPITULO 5:
5. DISEÑO DE UN AEROGENERADOR DE 500 W CON IMANES PERMANENTES
PARA PEQUEÑAS DEMANDAS ELECTRICAS DE ZONAS RURALES
En este caso se trata del diseño y caracterización de un prototipo de aerogeneración
de 500 W. Comprende el diseño de cada uno de los componentes del sistema
aerogenerador -generador de imanes permanentes, rotor eólico y elementos de
dirección-; así como la evaluación en campo para determinar su performance. Su
aplicación se presenta como una solución energética y socioeconómica de las zonas
rurales que poseen el recurso eólico, contribuyendo así a la mejora de las condiciones
de vida bajo el principio de aprovechamiento del recurso local y la preservación del
medio ambiente.
Si bien el sistema es dimensionado para alcanzar una potencia nominal de 500 W a
una velocidad de viento de 8 m/s.
5.1 Fundamentos de Diseño del Aerogenerador
El diseño de los componentes del sistema aerogenerador-generador eléctrico, rotor
eólico y sistema de orientación-, se basa en la compatibilidad de los parámetros de la
turbina eólica con los del generador eléctrico y a su vez con las características típicas
del viento predominante en las zonas de influencia.
En este tipo de máquinas, el campo de excitación es de dirección constante formado
por medio de los imanes permanentes; ante la falta de pérdidas en el devanado de
excitación, poseen un mejor rendimiento siempre que la geometría de diseño sea
óptima y los imanes trabajen en su punto máximo de operación de energía (HB)max.
Esta máquina eléctrica se distingue de sus análogas, por la estructura de sus sistemas
magnéticos de hierro giratorio, cuyas características están gobernadas bajo la teoría de
las máquinas de excitación electromagnética. Es de característica geométrica tipo
disco, diseñada para trabajar específicamente con una turbina eólica.
Las consideraciones para el diseño son: velocidad de giro del rotor condicionado por la
velocidad del viento, voltaje de salida y, la geometría constructiva para encontrar el
punto máximo de trabajo del imán en el circuito magnético.
55
En la figura 5.1 se muestra el arreglo que tienen los imanes y el bobinado,
considerando un núcleo de aire; de esta forma se puede hallar el campo
magnético dentro del núcleo de aire con una longitud lg.
Figura 5.1. Configuración de diseño de los imanes y del bobinado
5.1.1 Ecuación de Carga. Definida de la siguiente forma:
Hm.lg
t2.
Am
Ag.Bm (5.1)
Siendo:
Bg: Densidad de campo magnético promedio dentro del entrehierro
Ag: Área transversal promedio del entrehierro
Bm: Densidad de Campo magnético en la superficie del imán
Am: Área transversal del imán
μ: Permeabilidad magnética del núcleo (aire)
Hm: Intensidad de campo magnético en la superficie del imán
Para el siguiente paso se define una geometría de referencia del imán, el cual da el
punto de partida para los cálculos; estas dimensiones serán recalculadas
posteriormente según el requerimiento.
710..4
m10.8t 3
a = 50.10-3 m
b = 50.10-3 m
Área de la cara del imán: Am = a⋅b = 2.5.10-3 m2
56
Entrehierro: distancia entre los imanes: lg = 15.10-3 m
Área transversal del entrehierro, considerando efecto de borde: Ag = (a + lg)⋅(b+lg) = 4.225.10-3 m2
La geometría de diseño es óptima si los imanes trabajan en su punto máximo de
operación (HB)max, para determinarlo se hace la intersección de las curvas de
magnetización del tipo de imán a utilizar y la curva de carga (ver figura 5.2). La
curva de rojo representa la curva de magnetización, característico para imán tipo
NdFeB N35 (para cada tipo de imán existe una curva característica diferente). La
curva de azul es la curva de carga según la ecuación Bm para las dimensiones
tomadas como referencia.
Figura 5.2. Intersección de la curva de magnetización y curva de carga; curva de transferencia de energía de imán
En el presente caso el punto de operación está prácticamente en el punto de
máxima transferencia de energía; de no ser así se debe modificar las dimensiones
de los imanes o del entrehierro, para tener un mejor circuito magnético. Se obtiene
los siguientes resultados:
Bm = 0.761 T
Hm = 3.361.105 A/m
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
1105
2105
3105
BH
Ba
57
Densidad de campo dentro del núcleo de aire:
T451.0Bm.Ag
AmBg
5.1.2 Cálculo de los Voltajes Máximos
Los parámetros de entrada requeridos para nuestro diseño son:
Velocidad de giro del rotor: 300 rpm
Voltaje de salida: 24 VDC
Número de pares de polos: 16
Frecuencia del voltaje inducido: Hzf 40120
16.300
Velocidad angular del voltaje inducido: ω = 2.π⋅f
Número de espiras por fase: Nc = 160
Número de bobinas por fase: Mb = 8
Número de espiras por bobina: 20Mb
NcNb
Se asume inicialmente un área del núcleo de aire del bobinado. El cálculo del voltaje máximo de fase se realiza en vacío, es decir sin colocar ninguna carga al generador
Área del núcleo de aire: An = 1367. 10-6 m2
Voltaje eficaz de Fase: Vf := 4.44⋅Nc⋅Bg⋅An⋅f = 17.5 V
Voltaje máximo de fase: V749.24.2 VfVfm
Voltaje máximo de línea en vacío: V866.42Vfm.3lmoV
5.1.3 Cálculo de la Corriente Eficaz de Línea
Dado que se requiere una potencia máxima específica, no conociendo la caída de
voltaje debido a la impedancia del conductor, se asume que el voltaje de vacío será
el voltaje de carga, verificándose al final. Entonces se tendrá un valor inicial de la
corriente de la carga:
Potencia asumida para el cálculo: Pot = 600 W
58
Voltaje eficaz de línea: V971.162
24Vef
Corriente eficaz de línea y de fase: A412.20Vef.3
PotI
5.1.4 Cálculo del Circuito Eléctrico Equivalente
Rin: Radio interior del imán
Rout: Radio exterior del imán
kw1: Factor de enrollamiento, Kw1=1
m1: Número de fases, m1=3
P: Número de polos
Nc: Número de espiras por fase
I: Corriente en el estator
g: Entrehierro
kfd: Factor de forma en dirección d, kfd = 1.2
kfq: Factor de forma en dirección q, kfq = 1.2
Xad: Reactancia del eje directo
Xaq: Reactancia de eje en cuadratura
Figura 5.3. Circuito eléctrico equivalente del generador
59
Figura 5.4. Diagrama fasorial del circuito
Resistencia equivalente del cable por fase
2569.0Ac
L*qRe
025.0kfd.
1lg
RinRout.
P
1kw.Ncf..1m.2Xad
222
019.0kfq.
qlg
RinRout.
P
1kw.Ncf..1m.2Xaq
222
Voltaje eficaz en la carga por fase: Vc = 12.25 V
Voltaje máximo de línea: V006.30Vc*6Vml
Potencia de la carga: Sc = 3.Vc·I = 750.155 W
Potencia disipada por el conductor: Pcu = 3.I2·Req = 321.085 W
5.1.5 Eficiencia Eléctrica
%027.70Peje
Sc
60
Figura 5.5. Distribución de los imanes en un disco - distribución de las bobinas en el molde - forma de conexión de las bobinas
5.2 Turbina Eólica
El diseño del alabe está basado en la teoría del ala, utilizando un perfil
estandarizado para las secciones de los alabes. Para el cálculo de las dimensiones
del rotor se ha empleado las ecuaciones aerodinámicas:
5.2.1 Calculo del Diámetro del Rotor
Se obtiene a partir de la ecuación de potencia de la turbina eólica:
tepCV
Pd
.
83
(5.2)
Dónde:
d: Diámetro del rotor de la turbina eólica (m)
P: Potencia de diseño del aerogenerador (W)
: Densidad del aire, variable con la a.s.n.m (1.23 kg/m3 a nivel del mar)
V: Velocidad del viento (m/s)
A: Área barrida por la turbina (m2)
Cp: Coeficiente de potencia (adimensional)
e: Eficiencia del generador
t: Coeficiente de transmisión
61
La velocidad de giro de la turbina eólica se obtiene de la siguiente expresión:
dV
N D
60
(5.3)
Dónde:
: Celeridad
N: Velocidad de giro de la turbina eólica (RPM)
VD: Velocidad de diseño (m/s)
5.2.2 Cálculo de la Sección del Álabe y Selección del Perfil
Para el cálculo de la sección del alabe se utilizaron las siguientes ecuaciones:
)Re(
..
)cos1(..8
)1
(arctan.3
2
1
ynoldsdeNcw
N
Cz
rC
R
r
r
(5.4)
Dónde:
λr: Celeridad local para el radio r
λ: Celeridad de diseño
r: Distancia del centro del rotor a la sección evaluada (m)
R: Radio de la turbina (m)
β: Angulo formado por la velocidad relativa con el plano de giro del rotor
C: Cuerda de la sección del álabe
62
z: Número de álabes o palas
Cl: Coeficiente de sustentación del álabe
: Angulo formado por el álabe con el plano de giro
α: Angulo de ataque, tomado del perfil seleccionado
w: Velocidad relativa al perfil m/s
μ: Viscosidad cinemática del aire
En resumen, los parámetros de diseño considerados son los siguientes:
Potencia eléctrica: 500 W
Velocidad de nominal de diseño: 8 m/s
Perfil utilizado: NACA 4412
Numero de palas: 3
λ: 6.5
RPM: 300
Cp1: 0.35
Cl : 0.8
Eficiencia de transmisión (t): 1 (transmisión directa)
ρ: 1,2 kg/m³
α: 5º
Utilizando las diferentes relaciones anteriores, los resultados para cada una de las
secciones de los álabes dan valores no lineales, tanto para la cuerdas del perfil
como para el ángulo de posición; ello requiere elementos de fabricación complejos y
costosos. Para simplificar el proceso se hace una linealización del álabe, que
consiste en transformar la cuerda (C) y el ángulo () en parámetros lineales en
f
d
y
5
5.3 F
s
5
l
e
p
a
r
a
m
g
función de l
de paso r =
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5.6.
Fabricación
Para la fabr
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La figura 5.
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64
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Figuperfil
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65
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Figura 5
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5.8. Izamien
66
del sistema
nto del aerog
prototipo de
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e aerogenera
n campo
ación
67
CAPITULO 6:
6.SELECCIÓN Y ESTUDIO DE UNA COMUNIDAD DE LA COSTA NORTE DEL
PERU
Se seleccionara una comunidad rural, aislada del sistema eléctrico de su zona, y
que presenten información de sus condiciones climatológicas y necesidades que
permitan más adelante desarrollar proyectos de abastecimiento de electricidad de la
misma en base a los aerogeneradores caracterizados.
6.1 Selección de la comunidad rural
El parámetro más significativo en la elección de una zona para instalar un generador
eólico es la velocidad del viento, en vista de que la potencia generada está
relacionada con la velocidad del viento.
Buenos valores para evaluar los recursos de viento están en torno a velocidades
mínimas de 3 a 4 m/s. Con diversos dispositivos electrónicos, se controla la potencia
generada para velocidades comprendidas dentro de un amplio intervalo (por
ejemplo, entre 4 y 14 m/s), y normalmente se interrumpe su funcionamiento para
velocidades de viento superiores a 18 - 20 m/s.
La instalación de un aerogenerador o molinos de viento implica, por tanto, un
conocimiento lo más amplio posible de las condiciones climatológicas, relativas a la
frecuencia e intensidad de los vientos, los períodos de calma, etc. Así como también
conocimientos topográficos de la zona, que permitan elegir una zona de instalación,
dentro de un área estudiada, que sea lo más adecuada posible, tratando de evitar
cualquier cuerpo que pueda bloquear la libre circulación del viento. Por otro lado, el
conocimiento topográfico de la zona, a su vez, permite realizar interpolaciones del
comportamiento de las velocidades del viento con la altura.
De modo general, los vientos fuertes y constantes se presentan a lo largo de la
costa y disminuyen conforme se aleja de ellas internándose en el territorio. Se
encuentran vientos fuertes también en las colinas, debido al aceleramiento que sufre
en estas, de modo que las cumbres pueden presentar excelentes condiciones para
una explotación adecuada.
e
6.1.1
6.1.1.1
En los lugar
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Malabrigo se
Potencial
1 Informaci
SENAMHI
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ones.
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DEP 1998:
preliminar.
2001: Atlas
Figura 6.2. U
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Mapa Eólic
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años 80-90
Informe de
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69
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0: Evaluació
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S
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ón
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73
6.4 Análisis para las condiciones de riego
El análisis técnico para la selección del equipo óptimo de bombeo usando fuentes
renovables de energía se realizará en el anexo km 41 de la comunidad campesina
de José Ignacio Távara Pasapero del distrito de Chulucanas en la provincia de
Morropón de la región Piura, para lo cual se determinó que el caudal de agua
necesario para 3 hectáreas de cultivo, durante el día más seco del año, es de
aproximadamente 3 l/s por lo que se necesitaría bombear un volumen de 282 m3 al
día; por otro lado se definió que el tipo de riego más adecuado para la zona es el de
aspersión. Entonces eligiendo los aspersores a utilizar se determinó que se necesita
en promedio de 3.5 bar de presión, lo cual nos da la referencia de la altura en la cual
se debe ubicar el tanque de agua.
Se consideran los equipos de bombeo, teniendo los parámetros de presión y caudal
anteriormente mencionados, analizando las tecnologías necesarias que usan
fuentes de energía renovables, así como el de la electrobomba y la motobomba
para fines comparativos.
CAPIT
7.
i
A
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TULO 7:
METODOL
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de energía.
de
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75
A continuación se presenta los ensayos realizados para la caracterización del
generador de imanes permanentes de 500W.
7.1 Ensayo Calibración del Anemómetro
Conjuntamente con el asesor de la tesina y profesionales de la Universidad Nacional
de Ingeniería acudimos a las instalaciones del Laboratorio N° 5 de Energía de la
Faculta de Mecánica y Energía, para realizar una evaluación de las instalaciones y
equipos disponibles para la realización de los ensayos, se contó con el túnel de
viento y el generador de imanes permanentes de 500 W.
Se realizaron los procedimientos de calibración del anemómetro en el túnel de
viento.
7.2 Ensayo Usando como Carga Resistencias
Instalar la resistencia de 15 ohm, 20 W en paralelo para obtener menor valor de
resistencia, como en total fueron 11 resistencias el valor resultante fue de 1.4
ohm.
Instalar un anemómetro para medir la velocidad del aire en el túnel de viento y
que está pasando por el generador de imanes permanentes.
Instalar un tacómetro para medir los RPM del generador.
Arrancar el variador de velocidad del túnel de viento a diferentes frecuencias para
obtener diferentes velocidades de tiempo.
Con las diferentes velocidades de viento registrar los valores de Iac, Vac, Idc, Vdc,
Velocidad del viento y RPMs.
7.3 Ensayo Uso de Bancada de Torno
Instalar el generador en la bancada de torneado.
Instalar un extremo del brazo al estator del generador, el otro extremo será
ajustado al dinamómetro.
Conectar los polos del generador al banco de resistencias.
Poner la pinza ampermetrica, el multímetro como se muestra en la figura 7.2:
Medir el c
Medir el
continúa.
Medir el p
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V
CAPIT
8.
8.1
TULO 8:
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8.2 Ensayo Us
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88
CAPITULO 9:
9. ANALISIS DE LOS RESULTADOS
La potencia de salida entregada por un generador depende no solo de la
eficiencia interna del mismo, sino del torque que induce en el rotor la interacción
de los campos magnéticos de los imanes permanentes y el originado al circular
corriente por el bobinado inducido.
La constante de construcción K de los generadores no solo influye en la
obtención del voltaje interno del generador, sino que de la misma manera
contribuye en el momento torsor que experimenta el rotor, modificando la
potencia de salida del mismo.
Un aumento en la carga resistiva adaptada a los terminales del generador
ocasiona una disminución del valor de la corriente que circula por el bobinado
inducido y un aumento del voltaje de salida, por lo cual es de esperarse una
disminución de la potencia entregada por el generador cuando la constante de
construcción de la máquina permanece constante ya que el torque inducido sobre
el rotor también disminuye.
Una disminución en la carga resistiva adaptada a los terminales del generador
del bobinado inicial ocasiona un aumento del valor de la corriente que circula por
el bobinado inducido y una disminución del voltaje de salida.
Utilizar cargas capacitivas adaptadas al generador implica un aumento del voltaje
de salida y de la corriente que circula por el bobinado, por tal razón al compararla
con una carga igual netamente resistiva es de esperarse un aumento en el torque
inducido sobre el rotor y por tal razón una potencia de salida superior.
Las principales restricciones de funcionamiento del generador están relacionadas
con la temperatura interna que este puede soportar, la cual no debe exceder de
los 120 ºC que es la temperatura de Curie de los Imanes permanentes de Tierras
Raras. Un exceso de este valor puede originar la perdida hasta del 80% de la
inducción magnética que originan dejándolo inservible, además también se debe
tener en cuenta la temperatura que puede soportar el recubrimiento de las
bobinas puesto que excederla implica cortos internos y daño de las mismas.
La utilización de Imanes permanentes de Tierras raras (Neodimios, Hierro y Boro)
que poseen una alta inductancia magnética permiten la obtención de voltajes (50-
89
120 V), corriente (3-8A) y potencia eléctrica (200-1200W) con el bobinado
modificado a bajas revoluciones del rotor (300-700RPM) del generador.
El comportamiento del generador es completamente sincrónico en todas las
condiciones de giro del rotor, esto se comprobó midiendo directamente la
velocidad angular y compararla con la velocidad sincrónica calculada a partir de
la frecuencia de salida de la energía eléctrica AC.
90
10. CONCLUSIONES
En relación al ensayo de calibración del anemómetro, de los resultados se puede
concluir, que más allá del método y procedimiento realizado, el resultado del
ensayo ha sido satisfactorio.
En relación al ensayo usando como cargas resistencias, se puede observar de
las gráficas que el punto de máxima eficiencia se mueve hacia la derecha cuando
se aumenta la carga resistiva, esto nos dice que si queremos aumentar la carga y
mantener el punto máximo de eficiencia debemos hacerlo siempre y cuando se
tenga un aumento de velocidad de tiempo.
En relación al ensayo uso de bancada de torno, se puede observar que a mayor
carga resistiva y una misma RPM se tiene menor eficiencia y una menor potencia
generada. Esto nos dice que debemos controlar la carga frente a un generador
de esta naturaleza.
El generador de imanes permanentes extrae la máxima potencia con la mínima
complejidad.
Se caracterizó el comportamiento de un generador síncrono de imanes
permanentes, para su utilización en una turbina eólica.
Se ha logrado diseñar un aerogenerador de 500 W y 25 kW, con características
fiables accesibilidad y facilidad de operación.
Ante el problema de abastecimiento de energía eléctrica en zonas rurales, como
alternativa de solución se puede considerar la instalación de un aerogenerador
de flujo axial de imanes permanentes como fuente de generación de energía
eléctrica.
El bajo costo y la disponibilidad en el mercado de la materia prima e insumos
para la fabricación de un aerogenerador de las características del presente
trabajo, son indicadores de que esta tecnología se presenta como una gran
alternativa energética para atender las pequeñas demandas energéticas de las
zonas rurales del Perú.
91
11. RECOMENDACIONES
La implementación de generadores de imanes permanentes de eje horizontal
para el abastecimiento de energía eléctrica en zonas rurales, se plantea como
desafíos futuros para trabajos que sigan en esta misma línea, el que parece
como paso lógico a seguir, la confección de un prototipo de este aerogenerador
de eje horizontal, a fin de lograr el conocimiento práctico del cual aún Perú
carece, con miras a concretar la manufacturación de este tipo de tecnología en
forma local, siendo éste el camino para concretar una futura independencia
energética, sobre todo en vista del próximo agotamiento de los combustibles
fósiles.
Se recomienda cambiar el control de frecuencia del variador de velocidad de
modo reóstato a modo key panel para evitar errores por sensibilidad del
reóstato.
92
12. BIBLIOGRAFIA
[1] Comportamiento de un Generador de Imanes Permanentes. Tesinistas, Mg.
Alfredo Oliveros. Universidad Nacional de Ingeniería-UNI. Lima-Perú.
[2] Introducción a los Generadores de Imanes Permanentes. Alfredo Oliveros.
Universidad Nacional de Ingeniería-UNI. Lima-Perú.
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Permanentes para Pequeñas Demandas Eléctricas de Zonas Rurales -
Salome Gonzales Chávez. José Chiroque Baldera Teodoro. Universidad de
Oviedo, Universidad Nacional Mayor de San Marcos.
[4] Diseño y Construcción de un Aerogenerador de 500 W para la Provisión de
Energía Limpia y de Bajo Costo para Zonas Rurales Pobres. Salome
Gonzales Chávez. José Chiroque, Teodoro Sánchez. Oficina Regional para
América Latina.
[5] Adaptación de un Generador Eléctrico de Imanes Permanentes y flujo radial.
Ph.D. Álvaro Enrique Pinilla Sepúlveda, Ing. Santos Jaimes Alfonso.
Universidad de Los Andes. Bogota D.C. Colombia.
[6] Caracterización y Optimización de un Generador de Imanes Permanentes y
flujo radial para un Sistema Eólico. Álvaro Pinilla S., Rodrigo Orozco Ramírez.
Universidad de Los Andes – Bogota D.C. Colombia.
[7] Modelo de un Aerogenerador de Baja Potencia y Bajo Coste. Daniel Clos
Costa, Teodoro Sánchez Campos. Universidad Politécnica de Catalunya.
España.
[8] Proyecto HACHE. Parte III: Diseño de un Generador Eléctrico para Sistemas
Eólicos de Baja Potencia. Barragán L.C., Sagardoy I. Cristófalo M.P., Somoza
J.I., Orbez M.H., D’ Atri M.V., Gill P., Fasoli H.J. Universidad Catolica de
Argentina, Universidad de Buenos Aires. Argentina.
[9] Diseño de Aerogeneradores con Imanes Permanentes para Aplicaciones en
Electrificación Rural. Paul Baillarie Rosenmann. Universidad de Chile.
93
[10] Diseño y Construcción de un Circuito Acondicionador de Señales para el
Control de Flujo de Potencia en un Sistema Eólico Basado en Generador
Síncrono de Imanes Permanentes. F. Machado, A. Moallem. Electrical and
Computer Engineering Department de Queen’s University, Kingston, Ontario,
Canada.
[11] Estudio de una maquina síncrona de imanes permanentes por el método de
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2002.
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Caribe Sobre Pequeños Aprovechamientos Hidroenergéticos.
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Aerogenerador de 100 W. Soluciones Prácticas-ITDG, 2002.
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el Perú. Centro de Energías Renovables (UNI). Abril 1996.
[23] Ministerio de Energía y Minas Dirección General de Electrificación Rural, Mapa
eólico del Perú, octubre 2008.
95
ANEXOS
1. A
1.1 A
c
n
g
d
A
e
c
a
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h
p
1.1 C
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PRECIO TOTAL
($)
21103
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PE
tro
uso
del
PO
da
100
1.2.5 Río bomba o Rueda Hidráulica.
Costo fijo: Obtenemos los costos fijos más importantes según costos publicados en internet
empresa ROCHFER, además se necesitará de una tubería HDPE de 4” de diámetro
con una longitud de 518 metros que cuesta $ 2 611. Los costos fijos los expresamos
en la Tabla 6.0.
Tabla 6
PRECIO DE BOMBA DE PISTON Y RUEDAS HIDRAULICAS SELECCIONADAS
Costo Variable:
El costo de operación es mínima, mientras que el costo de mantenimiento de la río
bomba es de 5% anual del costo de la bomba según la experiencia del “GRUPO
PUCP”, asegurando el buen funcionamiento del equipo.
1.3. Costos comparativos de equipos de bombeo pre-seleccionados.
Por lo mencionado se hace la pre-selección de los equipos de bombeo, se
descartará la bomba de ariete para el análisis económico respectivo, por otro lado
cabe destacar que la electrobomba y la motobomba aunque no sean equipos que
usan como fuente un tipo de energía renovable serán considerados en el análisis
económico para efectos de comparación con los otros equipos de bombeo que sí
usan este tipo de energía.
Entonces para el análisis económico expresamos sus precios en la Tabla 7 dónde
se considera como costo fijo: el costo del equipo, complementos y sistema de riego;
conjuntamente con el costo variable donde se considera: el costo operativo, que se
produce cada vez que funciona la bomba; así como el costo de mantenimiento ya
que este se realizará una vez al año.
COMPONENTE CANTIDADPRECIO
UNITARIO ($)
PRECIO PARCIAL
($)
PRECIO TOTAL
($)Bomba de pistón MS-89 10 3978 39780
Rueda Hidraulica 1.90 x 0.47 8 1178 9424Rueda Hidraulica 2.20 x 0.36 2 1120 2240Tuberia HDPE PE 80 SDR26 PN5Ø 4" 518 m - - 2611
54055
COST
Tenien
costo
Gráfic
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Tabla 7
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de
ANEXO 1
Fabricantes de Aerogeneradores
LAKOTA
WIND TURBINE
• Aerospace Engineered • Rated at 900 Watts @28.8 mph (Sea Level) • 500 Watt nominal at 21.5 mph • Peak Power maintained (up to 1200-1500Watts)
in all wind above 30mph • Start-up Wind: 6.5 mph (3 m/s) • 12,24,48 Volt available • Lightweight 34lbs • Highest power to weight ratio.
TURBINE PERFORMANCE
Power Output Monthly Power Production
Blades • Precision, computer designed low inertia Blades • Advanced aerospace grade, uni-directional Carbon Fiber • "Stealth-Acoustic" blade technology is very quiet and invisible to radar and no TV/radio interference • Helicopter leading edge tape on blades • 7 times stiffer than steel, means no flutter, low noise, more energy • Smoother and far quieter than wood, plastic, injection molded or fiberglass reinforced blades • Can be optimized for Low or High Wind environments • Upward furling design does not hide from the wind • Produces full power even beyond 60mph winds • 2 year warranty on the Alternator • Extended warranty up to 7 years available • Torque Key with unique locking nut system Generator, Body and Tail • Aluminum body with stainless steel upward furling hardware • Stainless steel hub plates, tail boom and hardware • Rare Earth Neodymium Iron Boron Permanent Magnets • USCG approved tinned Copper wire for marine use • Self-governing Rotor Design • Sealed Unit with UV stabilized titanium dioxide, linear polyurethane aircraft coating that protects the unit from
rain, snow, ice, sun, sand and dust, wind and corrosion • Ideal for Marine and severe climate uses
ANEXO 2
Fabricantes de Baterías
» Página Principal
» Historia
» Misión
» Visión
» Valores
» Política de Calidad
» Productos
› Record
› Fulmen
› Yuasa
› Trojan
» Gestión Ambiental
» Novedades
14 de Diciembre del 2005
Reconocidas mundialmente, son baterías para aplicaciones en vehículos utilitarios eléctricos, equipos acuáticos, maquinas industriales medianas y otros similares. Además pueden ser aplicadas en instalación de sistemas de Energía Fotovoltaicos.
ESPECIFICACIONES TECNICAS DEL FABRICANTE Según catálogo del fabricante
RECOMENDACIONES
Tipo de Batería Unidad Voltios
Res. Min. @ 25
Amperios
Res. Min. @ 75
Amperios
6 horas Ratio (AH)
20 horas Ratio (AH)
100 horas Ratio (AH)
Peso (lbs.)
Dimensiones
L (mm)
W (mm)
H (mm)
Ciclo Profundo de 6 voltios
T-105 6 447 115 189 225 250 28 kg 264 181 284
T-125 6 488 132 197 235 261 30 kg 264 181 284
J305HC 6 745 195 281 335 372 44 kg 295 178 365
Ciclo Profundo de 8 voltios
T-875 8 295 75 126 150 167 63 kg 264 181 284
Ciclo Profundo de 12 voltios
24TMS 12 125 34 60 72 80 41 286 172 248
24TM 12 135 34 71 85 94 44 286 172 248
SCS150 12 150 36 84 100 111 50 286 172 248
SCS200 12 200 52 97 115 128 60 324 172 248
27TM 12 160 38 88 105 117 54 324 172 248
31XHS 12 225 57 109 130 144 66 330 173 238
C31XH-2 12 200 60 115 128 61 330 173 238
SG-90BH(GEL) 12 169 42 86 61 325 168 229
J185HC 12 415 110 181 215 239 122 381 178 371
BATERIA TROJAN T – 105 Sub-Estaciones Equipos industriales Sistemas Fotovoltaicos Sistemas de Back UP Recomendada sistemas mas pequeños. Su costo es similar a las baterías marinas o rurales sin embargo su
duración es mucho mayor. Quizás la mejor batería para carro de golf.
BATERIA TROJAN J – 185 Sub-Estaciones Equipos industriales Sistemas Fotovoltaicos Sistemas de Back UP
Historia - Política de Calidad - Mision - Visión
Valores - Productos - Gestión Ambiental - Novedades
ANEXO 3
Fabricantes de Controladores
TriStar Versions: TS-45 TS-60 Rated Solar Current 45A 60A Rated Load Current 45A 60A UL current ratings 45A 60A System Voltage 12/24/48V 12/24/48V Options: Digital Meter yes yes Remote Meter yes yes Remote Temp Sensor yes yes
Electronic Protections:
TriStarTM
Three-Function Solar Controller*
PRELIMINARY
• Ratings are actual to 50°C and meet UL requirements; no need to de-rate • Choice of 7 different regulation or LVD setpoints selectable via DIP switches; eliminates troublesome rotary switches and “trim pots” • RS-232 comm port provides for a wide range of custom setpoints DB-9 connector, 9600 baud Designed for PCs and “Palm Pilots” May be used for: adjusting control setpoints and parameters data logging with 30 days storage (future capability) remote monitoring and control (future capability) • Self-test runs continuously. If a fault is detected, the fault will be displayed on the digital meter and indicated with the LED’s • Push button will reset from an error or fault, start or stop battery equalization (charge controller mode) or override LVD (load controller mode) • 100% solid state for high reliability in harsh environments • Microprocessor control for extended capabilities • Conduit-ready enclosure for large wire sizes; provides extra room for wire turns • Very low voltage drops • 5 year warranty • Estimated 15 year life
Standard Features: • Reverse polarity protection (any combination) • Solar and load short circuit protection • All other connectors are short circuit protection • Solar and load overcurrent protection • Lightning and transient surge protection using 4500W transient voltage suppressors • High temperature protection via automatic current reduction or complete shut-down
• Constant voltage series PWM to provide highly efficient battery charging • 4 stage charging to increase battery capacity and life:
bulk charge, PWM regulation, float and equalize • 3 LED’s indicate battery state-of-charge, controller
status and battery service required • Parallel for larger solar arrays up to 300A or more • PWM may be changed to “on-off” controller to minimize any possible telecom noise • Temperature compensation via optional remote temperature sensor • Battery sense connector to eliminate voltage drops between the controller and the battery
Charge Controller Mode:
Morningstar’s TriStar Controller is a three-function controller that provides reliable solar battery charging, load control or diversion regulation. This controller operates in only one of these modes at a time but two or more controllers may be used to provide multiple functions. The TriStar uses advanced technology and automated production to provide exciting new features at a competitive cost. The controller is UL listed and is designed for both solar home systems and professional applications.
Diversion Control Mode: Load Control Mode:
Digital Meter Option: • Voltage accuracy is 0.2% • Current accuracy is 1.0% • Meter may be mounted to the controller by removing the controller cover plate • 2 x 16 display with backlighting • Installs to controller with RJ-11 connector for simple installation • Includes 4 pushbuttons for easy “up/down” and “left/right” scrolling • Displays self-test results, system information and
controller setpoints • Remote digital meter for mounting away from the
controller (in another room): Flush mount in a wall or fit into a double-gang electrical box Installs with RJ-11 connector Available with a 30 meter cable
Mechanical Specifications: Dimensions: 10.1H x 4.9W x 2.3D (inches) 25.7H x 12.4W x 5.8D (centimeters) Weight: 4 lbs (1.8 kg) Wire Terminals: Sized for up to 2 AWG (35 mm2) Torque to 50 in-lb Positive terminals are separated from negative terminals Conduit Knockouts: Eccentric 1”/1.25” (2.5/3.2 cm) Located bottom, sides and back Enclosure: White powder-coated steel Indoor rated, vertical mounting Heat sink: Black electrolytic anodized aluminum
Environmental Specifications:
Certifications: CE Compliant UL 1741 cUL CSA 22.2 107.1 – 95 Meets all NEC standards CTIK standards Manufactured in a certified ISO 9002 facility
* Preliminary Specifications. Final product release expected December 2002. 9/02
Operating ambient temperature: - 40°C to +50°C For 60°C, de-rate 20% Storage temperature: -55°C to +85°C Digital Meter operating temperature: -30°C to +85°C Humidity: 100% (non-condensing) Tropicalization: Conformal coating on both sides of all printed circuit boards Electrolytic anodized aluminum heat sink Powder-coated steel enclosure Stainless steel fasteners
Remote Temperature Sensor Option: • Accurately measures temperature at the battery and compensates regulation setpoints • Cable length is 10 meters; may be increased to 30 meters • Rated from -30°C to +80°C • Defaults to 25°C if temperature sensor reading is out of range or fails
• Electronic short circuit and overload protection with automatic reconnect • Starts all loads including inductive (meters, pumps) with no damage to controller • Allows inrush current to 300A • LVD has 4 minute delay to avoid incorrect disconnect • LED and meter indicates LVD warning and disconnect • LVD is current compensated to avoid false disconnect • Load protected by an automatic high voltage disconnect • Load protected from solar voltage spikes when the battery is removed
• May be used for solar, wind or hydroelectric • To protect against battery overcharge, excess
energy is diverted from primary battery to a secondary battery or alternate DC resistive load
ANEXO 4
Fabricantes de Inversores
Made in America, EXELTECH XPSERIES INVERTERS are the mostaffordable, reliable, lightweight andbest regulated, true sine wave invertersavailable. The XP SERIES inverter willoperate any AC load anywhere. Ultralightweight, yet rugged enough for themost extreme mobile enviroments, the XPSERIES is available in 100Vac, 120Vac,or 230Vac in 50Hz, 60Hz or 400Hz for land,marine or military applications, worldwide.
XP SERIES POWER INVERTERS
XP 600
XP 1100
Page 9
TECHManufacturer of True Sine Wave Power Inverters and Related Products
R
Manufacturer of UL Listed Products
XP 250
XP 125
XP SERIES PART NUMBERING SYSTEM
Step 1: Model number always starts with XP.
Step 2: To designate wattage enter the single character code 1 for 125, 2 for 250, 6 for 600, K for 1100
Step 3: To designate output voltage enter the single character code from the Vac chart
Step 4: To designate input voltage enter the single character code from the Vdc chart
Step 5: Output frequency is designated by using the first number of the frequency 5 for 50Hz, 6 for 60Hz and 4 for 400 Hz
Step 6: This designates revision level (For EXELTECH use only).
Step 7: To designate option, enter the code from the option chart below. If no option is required please leave it blank.
XP __ - __ - __ - __ - 1 - __ __
Vdc INPUT VOLTAGE CHART
DC Volts 12 24 32 48 66 108
Designation 1 2 B 4 E I
Vac OUTPUT VOLTAGE CHART
AC Volts 100 120 230*Designation 0 1 3
EXELTECH XP SERIESMODEL NUMBER
EXAMPLE: XP600 with 117Vac output, 12Vdc input,60Hz with the conformal coating option would requirethe following model number:
XP6-1-1-6-1-07
CodeOptionConformal coating
Low idle current drain
Circuit board with heat sink only
0702*04**
OPTION CHART
* available thru a distributor only(only on XP1100W)**available for OEM’s only***available on XP600 and XP1100 only
50MS transfer relay 20***
*Not available in 125watt models
Page 10
OUTPUT POWERCONTINUOUS
POWERSURGEPOWER
NO LOAD POWER
OUTPUTVOLTAGE
OUTPUTCURRENT
WEIGHTLBS.
1100W 117 +/-6% 5.1 6.5
MODELVOLTAGE
MINIMUM(TYPICAL)
SYSTEM(TYPICAL)
MAXIMUM(TYPICAL)
TYPICALEFFICIENCY
@ FULLPOWER
PEAKEFFICIENCY
@ 1/3POWER
12V
24V
32V
48V
66V
108V
10.4/10.6* 13.8V 16.5V 85% 87%
19/21V* 27.6V 33V 87% 89%
26.5/28V* 36.8V 44V 88% 90%
41.5/42.5V 55.2V 62V 87% 89%
57.5/58.5V* 75.9V 91V 88% 90%
94/95V* 125V 149V 87% 90%
INPUT POWER
*Indicates typical cut-off voltage/warning buzzer voltage
CONDITIONS
WAVEFORM
VOLTAGE OUTPUT
LINE REGULATION
LOAD REGULATION
DISTORTION
FREQUENCY
MINIMUM
-
-5%
-
-
-
-0.1%
TYPICAL
SINUSOIDAL
NOMINAL
0.1%
0.5%
1.5%
NOMINAL
MAXIMUM
-
+5%
0.5%
1%
2%
+0.1%
GENERAL
Case size (HxWxD) 125W case size= 2.16" X 4.93" X 7.90"(2 lbs)250W case size= 2.77" X 5.23" X 12.03"(5 lbs)600W case size= 3.57" X 7.69" X 12.10"(6.5 lbs)1100W case size= 3.57" X 7.69" X 15.05"(10 lbs)
MECHANICAL
ENVIRONMENTALTemperature: -25 to 30 C full power derated above 30 C
Humidity: 5 to 95% non condensing
Altitude: -200 to 10k feet full power, derated above 10k
Audible Noise: Less than 45dbA
Cooling: 600W/1100W Thermo- statically controlled forced air. 125W/250W convection cooled.
Finish: Painted aluminum
Warranty: Full year parts labor
*Over Voltage: Shut off at maximum input voltage, per input conditions. Automatic reset upon fault correction.
*Under Voltage: Shut off at minimum input voltage, per input conditions
*Thermal: 105 C internal temperature. Warning buzz 5 C before shut off
Output Short: Unit shuts off (manual reset)
*Automatically reset
PROTECTIONCIRCUITRY
XP SERIES POWER INVERTER SPECIFICATIONS
1100W 230 +/-6% 2.7 6.5
1100W**
1100W**
1100W**
600W**
250W**
250W**
250W**
125W
125W
600W**
600W** 8W
9W
6.51100W 8W 100 +/-6% 6.0
2200W
2200W
2200W
20W*
20W*
20W* 100 +/-6%
117 +/-6%
230 +/-6% 10
10
10
9.5
11.0
4.8
150W
150W
5W
5W
100 +/-6%
117 +/-6% 2
2
1.1
1.2
300W
300W
300W 6W
6W
7W
100 +/-6%
117 +/-6%
230 +/-6%
2.5
2.1
1.1
5
5
5
*10W with X2 option**remote switchable
XP Options: - conformal coating (07 option) - low idle current drain (02 option)* - circuit board with heat sink only (04 option) many other options available for OEM applications, consult factory.
OPTIONS
*1100 watt only
1 1
+/- 3%1
See www.exeltech.com for more data regarding XP Series inverters.
Page 11
7317 Jack Newell Blvd North Fort Worth, Texas 76118-7100 817.595.4969 voice, 817.595.1290 fax 800.886.4683 toll free e-mail address [email protected] e-mail address [email protected] www.exeltech.com
TECH
7317 Jack Newell Blvd North Fort Worth, Texas 76118-7100 817.595.4969 817.595.1290 800.886.4683 e-mail address [email protected] e-mail address [email protected]
voice- fax- toll free-
Document subject to change without notice.931-***C0-00B
EXELTECH was founded in 1990, based on the philosophy that efficiencies in the manufacturing process through product design, coordinated with facility layout, was paramount to productivity and the key to a quality product. Our mission is to provide leadership electronics and superior customer service through the merging of innovative designs with advanced Manufacturingtechnology.
Quality through design for manufactureability is a primary goal. Utilizing surface mount technology, all design and manufacturing is performed in our facility, located in FORT WORTH, TEXAS. "Pick and place" machines are set up with parts that are standard to all models, allowing for zero setup time and eliminating errors created when reloading or setting up machines. Only large capacitors and magnetics are placed by hand, in an effort to minimize human error through automation. Hand soldering is eliminated through the use of vapor phase reflow. Point to point wiring is eliminated with extensive use of PCB's to perform interconnectivity functions. The use of extruded aluminum for mechanics has reduced the number of nut/bolt and screw points to one-fourth that of previous products, while increasing heat dissipation efficiency and lending afunctional form factor to the product.
While design of the products to comply with automated manufacturing processes continues, our people remain the most important part of the quality equation. All employees go through a six month internship before becoming full-time staff members. All employees are cross trained for multi-task capability. Using a PULL system, each station performs a quality check on the performance of the previous station. Data for first time yield and DPU is recorded and analyzed by each station and test bench in an ongoing effort to yield a zero defect process. Upon final assembly, all products then proceed to A.L.T. for "accelerated life testing" to minimize "infant mortality". Packaging and shipping procedures are constantly evaluated to reducedamage.
All repairs are performed at the factory for quality feedback and input for future design. The net result of these philosophies is a line of products that demonstrates an MTBF(mean time between failure) in excess of 20 years and offers the most competitively priced true sine wave invertersavailable anywhere.
Our commitment to quality and total customer satisfaction has allowed EXELTECH to become innovators in the DC to AC power product market. A few of our "firsts" include; The smallest, lightest high frequency PWM sine wave inverter. The first "N+1" redundant inverter systems, "hot" swapable capability and "modular" design. Our many satisfied customers include AT&T, BROOKHAVEN NATIONAL LABS, DIGITAL EQUIPMENT CORPORATION, MOTOROLA, MCI, GTE GOVERNMENT SYSTEMS and numerous federal and state agencies. We are found quite literally, around the world. We also provide back up power for the communications room in everyU.S. Embassy worldwide.
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COMPANY PROFILE
MX SERIES POWER INVERTERS
Page 1
EXELTECH manufactures the world's first truly redundant, modular inverter system; the most reliable inverter system available. No single malfunction will cause the inverter system to fail. Modules are "hot" insertable. Power levels are expandable, and modules can be added or replaced without interruption in power to your critical loads.
The MX system can be configured for power levels from 1 to 20KW with 120 Vac output. Up to 40KW at 240 Vac bi-phase or 60KW at 208 Vac 3 phase with many input and output voltages also available.
A control card and any number of additional1000 Watt power modules combine to make astandard inverter. This type of system can beexpanded as power requirements increase, andupgraded to be N+1 redundant as desired.
The MX system is extremely compact and lightweight. Power modules weigh only 7 lbs. Each.
Output voltage is precisely regulated, so that no measurable voltage change occurs on the output as input voltage fluctuates. Similarly, less than 0.5 volt change in output voltage will occur when the output load varies from 0 to 100% of rated power. With distortion of 2% maximum, this inverter offers the cleanest sine wave power available.
Models are available which cover all standard battery systems. Custom models can be designed to meet your specific input voltage requirements.
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MX SERIES FAMILY
TECHManufacturer of True Sine Wave Power Inverters and Related Products
R
Manufacturer of UL Listed Products
The Exeltech MX Series of inverters is a modular system which can be assembled in many combinations to afford the user infinite flexibility. All MX systems feature manual power adjustment allowing power modules not in use to be turned off, reducing "no load" current drain. Options such as AC distribution, AC disconnect, metering, DC disconnect, DC distribution, transfer switch and maintenance bypass switch are also available; (see accessories).
The building blocks of the system are as follows:1.) Power Module - A 1000 Watt slave power inverter. It requires drive signals from a Master Module or Control Card as described below. This module is the backbone of the inverter system.2.) Master Module - A 1000 Watt power inverter which contains all the electronics necessary to operate. Requires an enclosure to provide connections to the battery and AC output. It can also operate up to 19 slave Power Modules. If this module is used, the system cannot be fully redundant. All MX systems require either a master module or at least one control card. 3.) Control Card - Generates all the signals necessary to operate up to 20 Power Modules. The card itself will not generate any AC output power nor does any power flow through it. This card can be paralleled with another Control Card to generate a redundant set of control signals to form the basis of a completely redundant inverter system. All MX systems require either a master module or at least one control card.4.) Alarm Card - Can be used in conjunction with a redundant or non redundant inverter to provide various alarm output signals via LED's and alarm contact closures. Must be included in redundant systems to detect failure of control card.5.) Transfer Switch - Provides the same functions as the alarm card, plus provides a relay to transfer AC power to the load, from either the inverter or the utility input. Use only with systems 7KW of or less.
The above modules can be placed in the following enclosures; Installations can either be free standingor in standard relay racks.1.) 19" cage assembly - Compatible with a 19" relay rack. The smallest cage which can contain a redundant system. Available in the following configurations: 19A - Basic configuration for a redundant system. Holds up to 4 Power Modules, 2 Control Cards and either a Transfer Switch or an Alarm Card. 19B - Used as an expansion rack or may be used as an expandable, non redundant inverter, up to 5 KW. This configuration will not accept X-fer Switch, alarm card or control cards.2.) 23" cage assembly - Compatible with a 23" relay rack. 23A - Basic configuration for a redundant system. Holds up to 5 Power Modules, 2 Control Cards and either a Transfer Switch or an Alarm Card. 23B - Used as an expansion rack or may be used as an expandable, non redundant inverter, up to 6 KW. This configuration will not accept X-fer Switch, alarm card or control cards.3.) 7" cage assembly - for 1 or 2KW systems when redundancy is not required. 7C - Consists of 1 Transfer Switch and 1 Master Module. This configuration will not accept an alarm card or control cards. 7B - Expandable up to 2KW. 1 Master Module and 1 Power Module. This configuration will not accept X-fer switch, alarm card or control cards.4). 9" cage assembly- for 1-3KW systems when redundancy is not required. 9C - Consists of Transfer Switch, 1 Master Module and 1 Power Module. This configuration will not accept an alarm card or control cards. 9B - Expandable up to 3KW. 1 Master Module and 2 Power Modules. This configuration will not accept X-fer Switch, alarm card or control cards.
MX SERIES MODULE DESCRIPTION
Page 2
Overload
Load
On
MX 1000 Power Module
Overload
Load
On
MX 1000 Power Module
Overload
Load
On
MX 1000 Power Module
Overload
Load
On
MX 1000 Power Module
Overload
Load
On
MX 1000 Power ModuleMX
CONTROLCARD
MXCONTROL
CARD
MX ALARM CARD
On
Off
INV
LowVolt
HighTemp
BRKROpen
INVFail
Load
INVOn
DCOn
AC POWER
CB1
The Exeltech MX Series of inverters is available in three basic architectures; redundant, upgradable and expandable. Different options and sizes are available to fit varying applications. As a benefit of the MX series modular design, power levels are expandable in any system, as power requirements increase.
1.) N+1 Redundant-Expandable Inverter System: For applications where reliability and maintainability are paramount, the N+1 redundant system offers the most cost effective method of achieving redundancy and the ability to maintain the system while loads remain on line. All cards (except 12 Vdc) are "hot" insertable to allow maintenance without interrupting power to critical loads. Designing the power level with N+1 number of power modules, allows for redundancy without necessitating the purchase of a duplicate system. (An A/B Buss option is available, which adds to system reliability).
1 ea. Alarm Cardpart # H (100 Vac) A (120 Vac) F (230 Vac)
2 ea. Control Cardspart # LL (100 Vac) CC (120 Vac) EE (230 Vac)
At least 3 Power Modulespart # P (100 Vac) P (120 Vac) R (230 Vac)
1 ea. Cage assemblypart # 1A (19" cage) 2A (23" cage)
Options: 1 ea. X-fer switch part # G (100 Vac) X (120 Vac) Z (230 Vac)
expansion rack part # 1B (19" cage) 2B (23" cage)
X-fer switch includes alarmsand replaces the alarm card.
...integrates with rack A for accommodating additionalpower modules, up to total rating of 20KW. Additionalcontrol cards and a larger X-fer switch may be required.Please call the factory for assistance.
2.) Upgradable Inverter System: The Upgradable system offers the flexibility to add a X-fer switch or alarm card and Full Redundancy for future requirements. A minimum system with as little as one control card and one power module can be upgraded in the future to include additional power modules, X-fer switch or alarm card and an additional control card for full redundancy (see figure II).
Page 3
A redundant system consists of:
MX SERIES SYSTEM DESCRIPTION
Figure II.
1 ea. Control Cardpart # L*(100 Vac) C*(120 Vac) E*(230 Vac)
1 ea. Power Modulepart # P (100 Vac) P (120 Vac) R (230 Vac)
1 ea. Cage assemblypart # 1A (19" cage) 2A (23" cage)
1 ea. Alarm Cardpart # H (100 Vac) A (120 Vac) F (230 Vac)
Options:1 ea. X-fer Switchpart # G (100 Vac) X (120 Vac) Z (230 Vac)
3.)Expandable inverter system:This configuration can be used as an independent inverter system (figure III), or to expand power levels of existing MX systems (see stacked systems). By using one master module, a system may be expanded to include a X-fer switch and additional power modules(see figure IV). 1KW inverters with a X-fer switch use the 7"or 9" (part # 7C, 9C) cage. 1KW, 2KW and 3KW inverters without a X-fer switch use the 7" or 9" (part number 7B, 9B) cage assembly.
1 ea. Cage assemblypart # 1A (19" cage) 2A (23" cage) 7C (7" cage) 9C (9" cage)
1 ea. Master Modulepart # Q* (100 Vac) M* (120 Vac) O* (230 Vac)
Up to 5Power Modules
part # P (100 Vac) P (120 Vac)
R (230 Vac)
1 ea. Master Modulepart # Q* (100 Vac) M* (120 Vac) N* (230 Vac)
1 ea. Cage assemblypart # 1B (19" cage) 2B (23" cage) 7B (7" cage) 9B (9" cage) expansion rack (see stacked systems)
Figure III.
Figure IV.
MX SERIES SYSTEM DESCRIPTION
Page 4
Overload
Load
On
MX 1000 Power Module
Overload
Load
On
MX 1000 Power Module
Overload
Load
On
MX 1000 Power Module
Overload
Load
On
MX 1000 Power Module
Overload
Load
On
MX 1000 Power Module
Overload
Load
On
MX 1000 Power Module
MXCONTROL
CARD Overload
Load
On
MX 1000 Power Module
Overload
Load
On
MX 1000 Power Module
MAIN AC
BREAKERON
OFF
ON
OFF
INVERTER
DC
VOLTAGE
MODULE
FAIL
TEMP
LOAD
UTIL
SOURCE
UTIL
INV
OURCE
I SELECT
INV
UTIL
ERTER
IMARYVERSE
MX TRANSFER SWITCH
Options:1 ea. X-fer Switchpart # G (100 Vac) X (120 Vac) Z (230 Vac)
1 Alarm card is not an option on this configuration
1
MX SERIES SYSTEM PART NUMBER
Page 5
__ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __EXELTECH MX SERIESMODEL NUMBER
Step 1: Enter the two character code for cage assembly size and configuration.
Step 2: When a transfer switch or alarm card is used, enter the single character code for that card. 2nd and 3rd characters designate option level of transfer switch or alarm card. Enter 00 for standard module, if no alarm card or transfer switch use “B” configuration backplane, enter (***).
Step 3: Alpha character assigned by EXELTECH to repre- sent changes or revision levels in racks, alarm cards, or transfer switch. Enter(-). EXELTECH will assign revision level. See revision level chart on www.exeltech.com for the most current revision list.
Step 4: Enter the two character code for Control Card(s) or Master Module. There is not an application where both are used. Enter (M*) or (C*) if only one is used.
Step 5: To designate power level, enter the number of power modules required. Redundant systems require continuous load rating plus one additional power module(* if none used).
Step 6: To designate output voltage of the power module required, enter the single character code(* if none used).
Step 7: Single alpha character assigned by EXELTECH represents changes or revision levels in Control Cards, Master Modules, or Power Modules. Enter (-). EXELTECH will assign revision level. See revision level chart on www.exeltech.com for the most current revision list.
Step 8: To designate input voltage, enter the single character from the VDC voltage chart below.
Vdc INPUT VOLTAGE CHART
DC Volts 12 24 32 48 66 108
Designation 1 2 B 4 E I
EXAMPLE: A redundant system with an alarm card, to fit a 23"wide cage, for powering a 4000 watt continuous load, at 120Vac,60Hz with 48Vdc input would require the following model number...2AA00ACC5P-4600
Use the chart on page 7 to formulate the 15 digit model number.
Step 9: Output frequency is designated by using the first number of the frequency (5for 50Hz, 6 for 60Hz, 4 for 400Hz).
Step 10: For options, enter two digit code. If no option, enter (00).
MX SERIES MODULE PART NUMBER
Page 6
MX __ - __ - __ - __ - __ - __ __EXELTECH MX SERIESMODULE NUMBER
Step 1: Model number always starts with MX.
Step 2: To designate a cage assembly, enter the two character code from the chart on page 7. When ordering a power module or master module, enter a “K”. If ordering any other module, enter an asterisk(*).
Step 3: To designate the type of module, enter the single character code from the chart on page 7. To designate cage assembly, enter an asterisk(*).
Step 4: To designate input voltage, enter the single character code from the Vdc INPUT VOLTAGE CHART below. If ordering an alarm card, transfer switch or cage assembly, enter an asterisk(*).
Step 5: Output frequency is designated by using the first number of the frequency(5 for 50Hz, 6 for 60Hz, 4 for 400Hz). If ordering a transfer switch, alarm card, power module or cage assembly, enter an asterisk(*).
Step 6: This space designates current revision level,and is for EXELTECH use only. If no revision is in use for this module, no number or character will be used.
Vdc INPUT VOLTAGE CHART
DC Volts 12 24 32 48 66 108
Designation 1 2 B 4 E I
Step 7: To designate option, enter the code from the option chart below. If no option is required please leave blank.
CodeOptionConformal coating 07
OPTION CHART
MODULE EXAMPLES: A 12Vdc, 120Vac, 60Hz mastermodule would require the following module number...MXK-M-1-6-1
A 48vdc, 120Vac, 60Hz power module with conformalcoating option would require the following module number...MXK-P-4-*-1-07
CAGE ASSEMBLY EXAMPLE: A 19" redundant cage,120Vac would require the following module number: MX1A-*-*-*-2
08Low idle current
MX SERIES SYSTEMS DESIGN CHART
MX SYSTEMS DESIGN CHART
SYSTEMSREQUIRED
X-FERSWITCH
ALARMCARD
CONTROLCARD
MASTERMODULE
POWERMODULE
CAGEASSYSIZEAND
CONFIG.
100Vac
120Vac
230Vac
G
X
Z
H
A
F
L* or LL
C* or CC
E* or EE
Q*
M*
O*RedundantUpgradable
19 Cage"
RedundantUpgradable
23 Cage"
Expandable19 Cage"
Expandable23 Cage"
Expandable7 Cage"
Expandable9 Cage"
Expandable9 Cage"
Expandable19 Cage"
Expandable23 Cage"
Expandable7" Cage
1A
2A
7C
9C
1A
2A
7B
9B
1B
2B
0 or 1
0 or 1
0 or 1
0 or 1
0 or 1
0 or 1
0
0
0 or 1 0
0 or 1
0
0
0
0 0
0 0
0 0
0, 1, 2
0, 1, 2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
up to 4
up to 5
up to 3
up to 4
0
0 or 1
up to 2
0 or 1
up to 4
up to 5
Page 7
Split Phase19 Cage"
Split Phase23 Cage"
Split Phase7 Cage"
1E
2E
7E
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2
2
2 0
0,2,4
0 or 2
Use X-fer or Alarm Card Use CC or MM
1, 4 1, 4
1, 4 1, 4
1 per phaseAlarm with a subset of functions (multi-phase option A13)System is not fully redundant with less than 3 power modulesMinimum 1 Alarm Card or 1 X-fer Switch required for redundant systemMinimum 2 Control Cards for redundant system.
2
P
R
P
3 Phase19 Cage"
3 Phase23 Cage"
3 Phase9 Cage"
1F
2F
9F
0
0
0
0 or 1 0
0
0
3
3
3 0
0 or 3
0
0 or 1
0
2
2
3
3
AVAIL
C
C
C
C
F
C
C
C
C
C
F
F
C
F
C
C
1
3
C- CurrentF- Future
4
5
5
5
OUTPUT POWER
INPUT
GENERAL
PROTECTIONCIRCUITRY
ENVIRONMENTAL
MECHANICAL
*indicates typical cut-off voltage/warning buzzer voltage
CONTINUOUSPOWER
SURGEPOWER
(3 seconds)NO LOADPOWER
OUTPUTVOLTAGE
OUTPUTCURRENT
WEIGHTLBS.
1000W 2200W 20W 230+/-6% 4.3 7.5
1000W 2200W 20W 117+/-6% 8.6 7.5
MODELVOLTAGE
SYSTEM(TYPICAL)
MINIMUM(TYPICAL)
MAXIMUM(TYPICAL)
TYPICALEFFICIENCY
@ FULLPOWER
PEAKEFFICIENCY
@ 1/3POWER
12V 10.4/10.6* 13.8V 17V 85% 87%
24V 19/21V* 27.6V 34V 87% 89%
32V 26.5/28V* 36.8V 45V 87% 89%
48V 41.5/42.5V* 55.2V 62V 87% 89%
66V 57.5/58.5V* 75.9V 94V 88% 90%
108V 94/95V* 124V 149V 88% 90%
CONDITIONS MINIMUM TYPICAL MAXIMUM
WAVEFORM - SINUSOIDAL -
LINE REGULATION - .1% .5%
LOAD REGULATION - .3% .5%
DISTORTION - 1.5% 2%
FREQUENCY* -.1% NOMINAL +.1%
Over Voltage: Shutoff at maximum input voltage, per input conditions.Under Voltage: Shutoff at minimum input voltage, per input conditions.Thermal: 105 C internal temperature. Warning buzz 5 C before shutoff.Output Short: Unit shuts off: Circuit breaker protected and electronically limited.
Temperature: -25 to 40 C full power, derate 20% per 10 C. Above 40 C.Humidity: 5 to 95% non-condensingAltitude: -200 to 10k feet full power, derated above 10kAudible Noise: Less than 45dbACooling: 1KW-Thermostatically controlled forced airFinish: Polyurethane base paintWarranty: Full year parts and labor.
Four case sizes are available; all are: 7" high X 15" deep.19 inch Wide: (includes hardware for rack or shelf mounting)23 inch Wide: (includes hardware for rack or shelf mounting)9.97 inch Wide: (for 1 to 3KW applications: surface mounting only)7 inch Wide: (for 1 or 2KW applications; surface mounting only)Available in other sizes including metric. Callfactory for sizes.
1000W 2200W 20W 100+/-6% 10.0 7.5
*50, 60, 400Hz nominal
MX SERIES POWER INVERTER SPECIFICATIONS
Page 8
7317 Jack Newell Blvd North Fort Worth, Texas 76118-7100 817.595.4969 voice, 817.595.1290 fax 800.886.4683 toll free e-mail address [email protected] e-mail address [email protected] www.exeltech.com
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