Generador Eolico de Eje vertical

Universidad Politécnica de Victoria

CONACYT

Tel. 834 1583994

2 3 d e e n e r o d e l 2 0 1 4

Crespo Sanchez Juan Enrique

Cruz Garcia Diego Alejandro

Contenido

1 Objetivo

2 Referencia normativa

3 Términos y definiciones

4 Requisitos4.1Generalidades4.2Responsabilidades4.3Justificación del proyecto

4.3.1 Motivación4.3.2 Objetivo del proyecto4.3.3 Resultado esperado4.3.4 Beneficios

4.4Análisis de factibilidad del proyecto4.4.1 Antecedentes4.4.2 Resumen4.4.3 Análisis del entorno del proyecto4.4.4 Estudio del estado de la técnica4.4.5 Programa general de trabajo4.4.6 Determinación de recursos4.4.7 Aportación de proyecto tecnológico

4.5Plan detallado del proyecto4.5.1 Generalidades4.5.2 Planificación de la secuencia del proyecto4.5.3 Estructura organizativa y personal participante

4.6Presupuesto4.7Control de programa de trabajo o gestión del proyecto

Bibliografía

INTRODUCCION

Varios de los países desarrollados implementas nuevos sistemas de energía renovable, este cambio de generar energía eléctrica ayuda a disminuir la demanda en diferentes zonas de los diferentes países.

Este prototipo de generador eólico con eje vertical puede solucionar problemas de abastecimiento energético en zona aislada. Tal como ocurre con las celdas solares, la gran ventaja de estos pequeños generadores eólicos es la portabilidad del conversor energético. Son una solución excelente sobre todo cuando trabajan en conjunto a otros sistemas energéticos portátiles como en el caso de las celdas solares o celdas de combustible. Todos estos sistemas, salvo la celda de combustible, necesitan de un banco de baterías para poder manejar adecuadamente las fluctuaciones dela generación eléctrica y las fluctuaciones del consumo. Mediante esta interfaz (banco de baterías) se pueden diseñar sistemas donde las baterías cubran requerimientos de potencia superiores a los que los generadores en su estado nominal pueden entregar. Lo que tiene que mantenerse dentro del rango de seguridad es la energía que los recursos naturales pueden entregar a los generadores, la cual tiene que ser mayor a la energía que los consumos van a utilizar.

1 objetivo

El presente trabajo consiste en el diseño e implementación de un prototipo de Generador eólico de eje vertical para abastecer de energía eléctrica a pequeños consumos en zonas aisladas de la red. Esta iniciativa surge con el propósito de aprovechar el recurso eólico, practica poco habitual considerando el potencial energético que posee México. El prototipo busca proporcionar energía a sectores aislados en las carreteras con el propósito de, entre otros, iluminar sectores peligrosos, energizar sistemas de comunicación de emergencia y monitoreo, proporcionar energía a cabinas de señal y publicidad vial.

Considerando el factor de la Reforma Energética en México como principal barrera a la explotación, se opta por seguir una línea de trabajo tendiente a resolver este aspecto. Se considera como principal responsable del elevado costo de los aerogeneradores, la complejidad estructural y la tecnología involucrada en su diseño e implementación.

2 Referencias normativas

NORMA Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-1999, Instalaciones eléctricas.

NRF-046-PEMEX-2012 Protocolos de Comunicación en Sistemas Digitales de Monitoreo y Control.

NRF-048-PEMEX-2007 Diseño de Instalaciones Eléctricas.

NRF-049-PEMEX-2009 Inspección y supervisión de arrendamientos y servicios de bienes muebles.

NRF-111-PEMEX-2012 Equipos de medición y servicios de metrología.

NRF-281-PEMEX-2012 "Protección anticorrosiva a base de galvanizado por inmersión en caliente".

Reforma Energética (México)

3 Términos y definiciones

Generador Eólico: Un aerogenerador es un generador eléctrico movido por una turbina accionada por el viento (turbina eólica).

Energía Eólica: La energía eólica es la energía que se puede lograr del movimiento que produce el viento al interaccionar con las palas (alabes) de un Generador Eólico.

Banco de Baterías: Conjunto de baterías conectadas en arreglo serie y/o serie/paralelo para lograr la tensión de corriente continua requerida.

Batería: Dispositivo constituido por celdas electroquímicas que almacena y proporciona energía eléctrica de corriente continúa

4.- requisitos

4.1 generalidades

Uno de los más grandes problemas que presenta México actualmente es la demanda de energía eléctrica, estudios realizados por INECC (Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático) y SEMARAT (Secretaria de Medio Ambiente y Recursos Naturales) demuestran que los mayores problemas que presente CFE (Comisión Federal de Electricidad), es que la demanda de energía crece aceleradamente y para el 2015 se difícil poder suministrar la energía requerida a la población, otro de los principales problemas es el acceso a las fuentes convencionales por lo que se hace cada vez más difícil y costoso, y por último y más importante las preocupaciones ambientales son más fuertes debido a las fuerte evidencias de un calentamiento global y sus consecuencias

Se pretende la realización del diseño de generadores eólicos con eje vertical, estos no pretenden que por su diseño sustituir a los generadores eólicos

horizontales ya que por sus características un diseño vertical tiene algunas desventajas, pero grandes ventajas al producir energía.

El generador eólico con eje vertical será diseñado con el fin de subsistir cargas menores a 10 KW, ya que por su diseño tienden a estar más cerca del suelo donde y donde la velocidad del viento es baja y no se aprovecha las corrientes de aire de mayor altura.

Se pretende hacer instalación de generadores eólicos para sistemas de iluminación vial, publicidad vial, etc.

4.2 Responsabilidades

Juan Enrique Crespo Sánchez y Diego Alejandro Cruz García, alumnos de la Universidad Politécnica De Victoria quien será encargado de la investigación, construcción, innovación, etc. Del prototipo.

Dr. Liborio Bortoni Anzures, Doctor de la Universidad Politécnica De Victoria quien será encargado de la asesoría del proyecto.

4.3 Justificación del reporte

4.3.1 Motivación

En base a la nueva reforma energética se abren caminos hacia las nuevas tecnologías de generar energía, esto ayuda la contribución de un medio ambiente más limpio y que México avance tecnológicamente y socialmente.

4.3.2 Objetivos del proyecto

Se pretende reducir la demanda de energía eléctrica en las diferentes áreas, iluminación vial, publicidad vial, casetas de auxilio, Estacionamientos, etc. Este proyecto pretende ser una alternativa a usar energía renovable ya que en estos días un gran impacto social es el calentamiento global.

4.3.3 Resultados esperados

El generador eólico con eje vertical será acompañado con un banco de baterías que ayudan a sumista la energía necesaria para lo que se desea.

Se espera que el generador nunca de girar o si gira a un determinado número de revoluciones para cargar el centro de baterías, para cuando se obscurezca el

banco de baterías se encargue de suministrar la energía mientras que en el día se mantiene cargada

4.3.4 Beneficios

Se pueden situar más cerca unos de otros, debido a que no producen el efecto de frenado de aire propio de los Generadores eólicos de eje Horizontal, por lo que no ocupan tanta superficie

No necesitan un mecanismo de orientación respecto al viento, puesto que sus palas son omnidireccionales.

Se pueden colocar más cerca del suelo, debido a que son capaces de funcionar con una menor velocidad del viento, por lo que las tareas de mantenimiento son más sencillas.

Mucho más silenciosos 

4.4 Análisis de factibilidad del proyecto

4.4.1 Antecedentes

Varios países desarrollados están explotando cada vez más el recurso eólico, invirtiendo enormes recursos económicos en ello. Sin embargo, esta práctica no es exclusiva de los países desarrollados. La India, país de grandes contrastes sociales, es el mejor ejemplo de ello, apostando fuertemente a la explotación de este recurso natural como fuente permanente de energía. Se tiene la esperanza que India no resulte ser la excepción que comerme la regla, sino la inspiración para que otros países en vías de desarrollo (como el nuestro) impulsen la creación de una plataforma cientifica, económica que promueva la explotación de este recurso renovable, limpio y gratuito.

Datos presentados por EWEA (Europan Wind Energy Association) demuestran además que la inversión en dicha área no solo genera rentabilidad en el ámbito ecológico sino también en el económico, sin olvidar el importante impacto que genera en el variable empleo, al introducir una nueva industria a la estructura productiva nacional.

4.4.2 Resumen

Se pretende construir generadores eólicos de eje vertical ya que para el uso que se pretende dar de portabilidad serian útiles en la iluminación vial. Esto pretende

disminuir un poco la demanda de energía hacia las diferentes carreteras del país. Otro objetivo alcanzar es llevar luz a diferentes puntos del país cuales no cuentan con este servicio.

Un reto será implementar y demostrar a la gente que la energía renovable está a nuestro alcance y es factible realizar una inversión de este tipo ya sea Fotoceldas, Hidroeléctrica, Eólica, etc. Esto contribuye a la reforma energética de que la misma gente pueda vender su energía a CFE.

4.4.3 Análisis de entorno del proyecto

Actualmente la demanda de energía eléctrica es muy grande en algunas zonas de México por ejemplo: La ciudad de México, Monterrey, Guadalajara, etc. Por ser ciudades grandes su consumo de energía es muy grande, cada año el consumo de energía crece y tiende a seguir creciendo.

Parte de la energía utilizada es para la iluminación vial, publicidad vial, o simplemente alumbrado, esto presenta un gasto por lo que se pretende cambiar el modo de uso de la energía, en el día con el uso de un generador eólico con eje vertical cargar un banco de baterías y por la noche suministrarla.

4.4.4 Estudio del estado de la técnica

AEROGENERADOR SAVONIUS.- El aerogenerador Savonius fue inventado por el finlandés de igual nombre en el año 1924 y patentado en 1929. Se compone de dos semicilindros de igual diámetro, de ejes paralelos acoplados al eje de giro y separados una cierta distancia. Las fuerzas que ejerce el viento en la parte cóncava y convexa son diferentes, como sabemos, y ello hace que el conjunto gire alrededor de un eje.

AEROGENERADOR DARRIEUX.- Los aerogeneradores de eje vertical fueron recuperados por Darrieux en los años veinte. El rotor Darrieux fue patentado en 1931, y está constituido por hojas perfiladas que giran alrededor de un eje vertical.

En la Fig. IV.21 se muestra un ejemplo de rotor Darrieux de tres hojas de aluminio extruido; el alternador síncrono gira a 1500 rpm y la relación de velocidades (alternador-rotor Darrieux) es de16,78.

4.4.5 Determinación General de trabajo

El proyecto “Generador Eólico de eje vertical” se realizara en 3 fases:

Fase 1 (Pre- Desarrollo):

Esta fase consiste en la realización documental de las diferentes características de los generadores eólicos, teoría, estrategias, etc. Continuando con la realización de un diseño para ser fácil de transportar o como quedaría fijo a alguna superficie en especial. Es necesario tomar encuentra en esta etapa el diseño de un centro de carga o banco de baterías ya que por el momento no tenemos pruebas físicas pero podemos diseñar un buen lugar.

Para esta etapa se diseña una forma de hélice para el generador, y que tipo de generador u amplificador se desea usar, tomando en cuenta que todo esto es ideal hasta no hacer pruebas.

Fase 2 (Desarrollo):

En esta etapa es donde la teoría y el diseño pasan a la práctica, se empieza la construcción del prototipo con materiales y diseños seleccionados y se realizan las pruebas seleccionadas. En esta etapa es muy importante tomar en cuenta que valor de salida nos puede dar el generador ya que eso es muy importante para el banco de baterías.

Fase 3 (Diagnostico)

Es una etapa muy importante, ya que es la parte donde se someten a prueba todas y cada una del sistemas ya que tanto como el generador y el banco de baterías.

4.4.6 Determinación de recursos

Recurso técnico: Tecnología de punta, de la mejor calidad para hacer las pruebas de los generadores, tanto como un mantenimiento correctivo

Recursos materiales: Contar con la suficiente cantidad de material para aumentar la producción y poder dar mantenimiento correctivo.

Aportaciones del proyecto tecnológico: Se espera que con su realización e implementación, capte la atención de la gente y empieza a generar su propia energía eléctrica para evitar un desastre mayor al planeta

4.4.7 Aportaciones del Proyecto Tecnológico

Un generador Eólico a gran escala es capaz de producir gran ayudar a la distribución de energía a una pequeña zona. La idea es producir pequeños generadores eólicos de eje vertical ya que gracias a su diseño puede ser fácil de transportar o una instalación. Estos generadores se les dice generadores de baja potencia ya que lo máximo que pueden operar es de 10 KW (Variando su Diseño).

4.5 Plan detallado del Proyecto

4.5.1 Generalidades

Etapa (Pre-Desarrollo):Se realizaran diferentes investigaciones para poder comprender más el tema sobre el tema de los generadores eólicos de eje vertical, esto ayudara a poder comprender más la práctica y si es necesario un cambio antes del desarrollo.

Las siguientes investigaciones se realizaran en un tiempo determinado y dependerá del tema en específico el tiempo definido:

Velocidad y Generadores en General Funcionamiento de un Generador Eólico Generador Eólico de Eje Vertical Banco de Baterías Historia de los Generadores Eólicos en América y Europa

Como actividad final se usara el programa Solid work 2013 para realizar un determinado diseño o aproximado de lo que se desea del generador.

Antes de finalizar esta etapa esta será evaluada por el personal a cargo del proyecto que será el Dr. De la universidad, el Dr. Liborio Bortoni.

Etapa (Desarrollo)

En esta etapa es donde la práctica es de todos los días, primero antes de empezar a construir se empezaran a seleccionar materiales y verificara sus propiedades (peso, dimensiones, durabilidad, etc.), primero antes de la selección es necesario enfocarse en la selección del generador, es preferible usar un dinamo ya que son los más comerciales y se encuentran a la mano, es necesario revisar varios proveedores si no se encuentra.

Los generadores eólicos están compuestos por un amplificador de potencia (polipasto, juego de engranes, catarinas, cadenas, etc.). Por lo que es necesario diseñar un amplificador de revoluciones tomando en cuenta que no tiene que tener un torque mayor a la fuerza del viento.

Por lo general las hélices de un generador son rutiladas de una turbina o abanico pero para nuestro generador eólico de eje vertical necesitamos diseñarlas a un

determinado Angulo por lo que se empezara desde 0 al fabricarlas, al ser generalmente de aluminio o un material con una maleabilidad pequeña no presentara algún problema al construirla.

Una vez teniendo todos los materiales se empieza con el ensamblaje es la parte de la etapa que más tiempo consume ya que al ser práctica, cada cambio se empieza desde cero y se realizan diferentes pruebas.

Para el uso del banco de baterías es necesario especificar una función determinada o cual va ser la salida del generador, ya que no todo funciona a un voltaje diferente o voltaje directo o alterno,

Etapa (Diagnostico)

En esta etapa es cuando el Generador ya se encuentra terminado y listo para usar. Más que nada consiste en dejar el generador funcionando un determinado tiempo y se monitorea sus resultados.

4.5.2 Planificación de la secuencia del proyecto

4.5.3 Estructura organizativa y personal participante

Proyecto Actividad *Realizar investigaciones documentales sobre el

Tema. Generador Eólico de Eje Vertical *Realizar bocetos y diseños del generador *Diseño en Solid work *Ensamblaje y armando del proyectoInvestigadores *Establecer tiempos de entrega y actividades de las Dr. Liborio Bortoni Anzures investigaciones *Diseño y las Evaluaciones de las etapas seanAlumnos: optimasJuan Enrique Crespo SánchezDiego Alejandro Cruz García

4.6 Presupuesto

Como inversion inicial se desembolsara $ 360,000.00 MXN

Materia Prima: $ 53,000

Material Cantidad Costo TotalGeneradores 4 $25,000Banco de baterias 4 $15,000Aluminio 3 $3,000Material mecanico(engranes, poleas, cadenas)

indefinido $10,000

Total $ 53,000

Servicios: $ 135,000

Servicios Costo mesnual Costo AnualRenta del Terreno $ 5,000 $60,000Agua $300 $3,600Luz electrica $6,000 $72,000Total $ 135,600

Costo del Personal: 2,500

Costo del personal Costo Mensual Costo AnualMano de obra $1,500 $18,000Asesorias Especializadas $1,000 $12,000

Total $30,000

Material: $ 27,000

Material Cantidad Precio C/u Costo TotalLamina de aluminio 3 $2,300 $7,000Componentes Mecanicos 8 $1,140 $7,000Engranjes 2 $750 $ 1,500Bandas y poleas 3 $1,000 $ 3,000Catarinas y cadena 3 $833 $ 2,500Generador 4 $1,500 $ 6,000Total $27,000

Estimación de costos.

Equipo de laboratorio (Taladros,cortadoras,desarmadores,etc) $10,000Maquinaria (encargada de transportar la materia prima )4 montcargas,3 vehículos para transporte de material fuera. $100,000Obra civil (los Planos, Pliego de Especificaciones Técnicas,Presupuesto) $50,000instalaciones experimentales (Laboratorio o lugar de trabajo) $80,000Equipo de laboratorio $10,000Maquinaria $700,000Obra civil $50,000instalaciones experimentales $80,000Total $833,000

Al poder realizar el proyecto se pretende alcanzar más ya que se pretende distribuir el producto hacia el público en general, esto implican más gastos que se muestran a continuación.

Seminarios de Capacitacion $1000Recursos humanos(Personal encargado de colaboración de una $6,000organización) pago mensualDiseños de prototipos $ 360,000

Capacitación y entrenamiento (Cursos de actualización) $12,000Ayuda externa (Personal capacitado,máximo 5 técnicos experimentados) $35,000Materiales previsto para algún mantenimiento o limpieza $10,000Viáticos destinados para el personal que salga fuera del estado o país $100,000Gastos de operación de maquinaria y herramientas $200,000Asesorías de alguien fuera de la empresa para instalación $20,000Total $744,000

4.8Control de programa de trabajo o gestión del proyecto

Algunos de los riesgos que puede presentar este generador pueden ser:

Sobrecarga Deformaciones por las fuertes corriente de aire Baja Eficiencia Al ser de eje vertical se recomienda esta cerca del suelo por lo que

tienen a no tener demasiadas revoluciones.

Bibliografía:http://www.uv.es/~navasqui/OtrosAerogeneradores/Aerogen-vertical.pdfhttp://presidencia.gob.mx/reformaenergetica/#!landinghttp://www.inecc.gob.mx/descargas/cclimatico/taller_ener_ren_07.pdfhttp://www.pemex.com/proveedores-y-suministros/normas-referencia/atencion%20comentarios/NRF-196-PEMEX-2013.pdfhttp://www.conuee.gob.mx/work/sites/CONAE/resources/LocalContent/7369/8/alumbrado_publico.pdf