TRANSFORMADOR DE ENERGIA

NESTOR OBREGON

LEIDY CALDERON

La base de la tecnología en muchos países es la

energía eólica por lo cual, a través de este proyecto buscamos generar un prototipo de esta tecnología aplicando los conocimientos adquiridos en clase, con el fin de generar una aplicación útil para la humanidad.

OBJETIVOS

Conocer los antecedentes históricos para tener una

base teórica en la cual fue fundamentada el inicio de la energía eólica.

Aplicar las diferentes teorías, recursos y conocimientos adquiridos en clase para el desarrollo de un transformador de energía.

Construir un transformador de energía iónica en energía eléctrica.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Aunque el aprovechamiento de al energía eólica data de las épocas más remotas de la humanidad (los egipcios ya navegaban

a vela en el año 4.500 a. c.) la primera noticia que se tiene se refiere a un molino que Heron de Alejandría construyó en el siglo II a. c. para proporcionar aire a su órgano. Los molinos más antiguos que se conocen eran de eje vertical.Hacia el siglo VIII aparecieron en Europa, procedentes del este, grandes molinos de eje horizontal con cuatro aspas. Su fabricación en gran número, en particular por los holandeses, les hizo alcanzar una gran firmeza, pese a que, debido a las dimensiones de sus aspas distaban mucho de recoger en máximo de potencia. Necesitaban una regulación de la orientación de la tela. Siempre sucede esto en los molinos de viento de eje horizontal que han de trabajar siempre frente al viento.

ANTECENDENTES

Es a partir de los siglos XII-XIII cuando empieza a generalizarse el uso de los molinos de viento para la elevación de agua y la molienda de grano, los más antiguos aparecieron en Turquía, en Irán y en Afganistán A principios del siglo XII. Europa se llenó a su vez de molinos, sobre todo en Bélgica y en los Países Bajos. Los molinos de Holanda tienen 4 aspas de lona, mientras que los de Baleares y Portugal tienen 6, y los de Grecia, 12. Los molinos con gran número de palas determinan velocidades de rotación relativamente bajas y un funcionamiento útil a partir de velocidades del viento del orden de 2 m/s.

Todos estos molinos se mantendrán hasta bien entrado el siglo XIX. El desarrollo de los molinos de viento se interrumpe con la revolución industrial y la utilización masiva de vapor, la electricidad y los combustibles fósiles como fuentes de energía motriz. Es sin embargo en la segunda mitad del siglo XIX cuando tiene lugar uno de los más importantes avances en la tecnología del aprovechamiento del viento, con la aparición del popular “modelo multipala americano”, utilizado para bombeo de agua prácticamente en todo el mundo, y cuyas características habrían de sentar las bases para el diseño de los modernos generadores eólicos.

Fue entre las guerras mundiales cuando aparecieron, como

consecuencia de los progresos técnicos de las hélices de aviación, y con ellas los proyectos de grandes aerogeneradores de dos o tres palas. Se tendió a construir casi únicamente los de dos, ya que resultan mas baratos. Incluso se pensó en utilizar una única pala equilibrada con un contrapeso. Actualmente predominan los molinos tripalas. Estos aerogeneradores giran más rápidamente que los multipalas, lo que constituye una ventaja cuando se trata de alimentar máquinas de gran velocidad de rotación como los alternadores eléctricos. Los grandes aerogeneradores están situados en lo alto de una torre tronco-cónica de acero.

El primer aerogenerador fue construido en Francia, en 1929, pero se rompió a causa de una violenta tormenta. La compañía electromecánica construyó e instaló en Bourgetun aerogenerador de dos palas de 20 metros de diámetro. El aparato fue destruido por las ráfagas de viento.

En Rusia se puso en funcionamiento en 1931, en Crimea, frente al mar muerto, un aerogenerador de 30 metros, que tenía que proporcionar 100 kW a la red de Sebastopol, la media durante dos años fue de 32 kW.

En 1941 los estadounidenses y mas concretamente la NASA construyó un bipala de 53 m de diámetro, previsto para una potencia máxima de 1.250 kW que se instaló en Vermont, en el nordeste de EEUU. Las primeras pruebas, iniciadas en octubre de 1941 continuaron durante unos 15 meses. Un pequeño incidente en 1943 bloqueó la máquina durante dos años, ya que las dificultades ligadas a la guerra retrasaron la fabricación de piezas nuevas. Vuelto a poner en marcha, el aerogenerador proporcionó corriente al sector durante veintitrés días, luego se rompió una de las palas y se abandonó el proyecto.

En 1975 se pusieron en servicio los aerogeneradores Mod. 0 con unas palas de metal con un diámetro de 38 metros, produciendo 100 kW. En 1977 se construyó el Mod. 0A que tenía 200 kW. La GENERAL ELECTRIC termina el bipala Mod. 1 en 1978 que con un diámetro de 60 metros acciona un alternador de 2 MW. Mientras la BOEING estudia el Mod. 2, ideal para los vientos medios de las grandes llanuras, que con 91 metros de diámetro produce 2,5 MW, con palas de acero.

• Capacidad que tiene un cuerpo para

realizar un trabajo.

• La energía no se puede crear ni destruir si no únicamente transformar.

• La unidad de energía es el Julio, cuya definición es el trabajo realizado por la fuerza de un Newton cuando desplaza su punto de aplicación 1m en la misma dirección.

ENERGIA

• La energía eólica aprovecha el viento para la generación de energía eléctrica.

• Su conversión en energía eléctrica, mediante el acoplamiento de una dinamo que genera electricidad.

ENERGIA EOLICA

MARCO TEORICO

La energía eólica no contamina, es inagotable y frena el agotamiento

de combustibles fósiles contribuyendo a evitar el cambio climático.

Es una de las fuentes mas baratas, puede competir en rentabilidad con otras fuentes energéticas tradicionales, como las centrales térmicas de carbón, de combustible, e incluso de energía nuclear.

Evita la contaminación que conlleva el

transporte de los combustibles; gas,

petróleo, gasolina.

Reduce el intenso transito marítimo y

terrestre cerca de las centrales.

Al contrario de lo que puede suceder con

las energías convencionales, la energía eólica

no produce ningún tipo de alteración sobre los acuíferos ni por consumo, ni por contaminación por residuos o vertidos.

ENERGIA EOLICA

La energía eólica es la procedente de la fuerza del viento.

FUNCIONAMIENTO:

La energía eólica se transforma en energía eléctrica mediante un aerogenerador que es un generador de electricidad activado por la acción del viento.

Estos se dividen en dos grupos:

Eje horizontal: el aerogenerador de eje horizontal considerado el mas eficiente y mas empleado en la actualidad.

Eje vertical.

Las turbinas extraen la energía del viento utilizando una tecnología que se asemeja a la de los aviones o helicópteros.

SISTEMA DE CAPTACION: Se encuentra en el exterior.

Rotor: Incluye el buje y las palas

Palas: elementos que capturan el viento y transmiten su potencia hacia el buje.

SISTEMA DE TRANSMISION:

Eje lento: el eje de baja velocidad del aerogenerador conecta el buje del rotor al multiplicador. Por el interior del eje, discurren conductos del sistema hidráulicos o eléctricos, para accionar los frenos aerodinámicos, paso variable o controlar los sensores del rotor.

Multiplicador: Por una entrada se encuentra el eje de baja velocidad, y mediante unos engranajes, consigue que el eje de salida, de alta velocidad gire mas rápido( entre 79 y 50 veces mas rápido) dependiendo de la potencia de la turbina.

SISTEMAS PRINCIPALES DE UN AEROGENERADOR

Eje de alta velocidad: gira aproximadamente a 1500 revoluciones por minuto, lo que permite el funcionamiento del generador eléctrico. Esta equipado con un freno de disco mecánico de emergencia.

SISTEMA DE ORIENTACION

Motores de Giro: En las turbinas eólicas grandes, es necesario un mecanismo que posicione la turbina enfrente al viento. Este movimiento circular, se consigue con unos motores y reductores fijos a la góndola, y engranando en un dentado de la parte superior de la torre, llamada corona de orientación. La señal de posicionamiento correcta la recibe del controlador de la turbina, con las lecturas de la veleta y anemómetro instaladas en cada turbina.

FRENO EN ORIENTACION: Tienen como misión evitar desplazamientos radiales de la góndola, por efecto del viento incidente o giro del rotor, no deseados. Asimismo, reducen el desgaste de los engranajes de orientación. Su accionamiento puede ser hidráulico o eléctrico, actuando en pinzas de freno o motor eléctrico respectivamente.

SISTEMA DE GENERACION

Generador eléctrico: Son los elementos de la turbina encargados de

convertir la energía mecánica (en forma rotatoria), en energía eléctrica. La electricidad producida en el generador baja por unos cables a la base de la torre, para ser transformada (elevar la tensión y reducir intensidad) y enviada a la red.

Cableado de Potencia: Transporta la energía eléctrica generada desde el alternador hasta el transformador fuste, pasando por las distintas protecciones de máxima o mínima tensión, sobre intensidad o frecuencia; evitando daños a la red o a la propia turbina en caso de producirse contingencias en el aerogenerador o red de distribución.

Transformador Interno: Se eleva la tensión de generación desde los 690, hasta 20 KV, reduciendo la intensidad para disminuir el calentamiento de

cableado y reducir pérdidas eléctricas.

SISTEMA HIDRAULICO

Grupo de presión: Se encarga de suministrar fluido hidráulico a una

presión determinada para permitir el accionamiento de sistemas de captación, orientación o transmisión.

Conductos Hidráulicos: Canalizan el fluido hidráulico hasta el punto de utilización.

Válvulas de control: Adaptan la presión y caudal del fluido en base al actuador a accionar.

SISTEMA REFRIGERACION

Ventiladores: Funcionan a requerimiento del controlador para crear una

circulación de aire.

Intercambiadores de calor: Disipan el calor del componente a refrigerar (generador, multiplicador o central hidráulica) hacia la corriente de aire creada por los ventiladores.

El aire al ser un fluido de pequeño peso específico, implica fabricar máquinas

grandes y en consecuencia caras. Su altura puede igualar a la de un edificio de diez o más plantas, en tanto que la envergadura total de sus aspas alcanza la veintena de metros, lo cual encarece su producción.

Un impacto negativo es el ruido producido por el giro del rotor, pero su efecto no es mas acusado que el generado por una instalación de tipo industrial de similar entidad, y siempre que estemos muy próximos a los molinos.

Otro impacto es sobre la flora, ya que la ejecución de un parque eólico, implica movimientos de tierra, creación de taludes y otras operaciones que inciden sobre la flora, caben minimizar este impacto procediendo con el máximo cuidado, evitando abrir nuevos caminos, y, en la fase de restauración, repoblando la zona movida con las especies que se encontraran antes del inicio de las obras.

INCONVENIENTES DE LA ENERGIA EOLICA

DESARROLLO PROYECTO

SIMBOLOGIA ELECTRICA

PRIMERA PRUEBA

Disco de hierro con un rodamiento de 0.5cm de radio

Dos imanes aro de ferrita

Dos tornillos de 5 y 7 pulgadas

Un acrílico

300 metros alambre de cobre

2 bombillos LED

Tuercas

Cable

MATERIALES UTILIZADOS

CABLE DE COBRE El cobre es el material más utilizado para conducir corriente eléctrica a través de cables; muchas de las propiedades físicas y químicas del metal hacen que sea ideal para dicha aplicación. Las propiedades de los cables eléctricos se derivan de su componente principal, que es el cobre.

Los cables de cobre en función de su temple y construcción, se usan sobre:

1. Aisladores en líneas aéreas de distribución eléctrica.

2. En conexiones de neutros y puestas a tierra de equipos.

3. Sistemas eléctricos

4. Como conductores principales de cables eléctricos.

MATERIALES UTILIZADOS

IMANES DE FERRITA Están fabricados de ferrita de bario BaFe12O19)o de estroncio

(SrFe12O19) pueden ser isótropos y anisótropos.

Son componentes económicos y de calidad .

Están compuestos de aprox. un 80% de óxido de hierro (Fe2O3) y aprox. un 20% de óxido de bario (BaO) u óxido de estroncio (SrO).

Las aplicaciones básicas de los imanes de ferrita son: motores, generadores, electrónica (p.ej. altavoces, micrófonos, alarmas), juguetes mecánicos y cerraduras magnéticas (muebles), separadores, elevadores y mucho más, en particular donde lo permite el espacio constructivo accesible y no se requiere miniaturización ni alta estabilidad térmica.

MATERIALES UTILIZADOS

BOMBILLOS LEDLos ledes se usan como indicadores en muchos dispositivos y en iluminación. Los primeros ledes emitían luz roja de baja intensidad, pero los dispositivos actuales emiten luz de alto brillo en el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta.

Debido a sus altas frecuencias de operación son también útiles en tecnologías avanzadas de comunicaciones. Los ledes infrarrojos también se usan en unidades de control remoto de muchos productos comerciales incluyendo televisores e infinidad de aplicaciones de hogar y consumo doméstico.

MATERIALES UTILIZADOS

PILAS TRIPLE AUna pila AAA (pronunciada triple A) conocida también como, LR03, 24A(ANSI/ANDE), R03, RX03, MN2400, AM4, UM4, HP16, o micro, es una pila seca que tiene un uso común en dispositivos electrónicos portátiles.

Las pilas AAA son utilizadas comúnmente en los pequeños dispositivos electrónicos, como por ejemplo un mando a distancia de TV, reproductores MP3 y cámaras digitales.

MATERIALES UTILIZADOS

PRESUPUESTO

MATERIALES CANTIDAD PRECIO

DISCO DE HIERRO Y RODAMIENTO 1 $ 7,000

IMANES ARO DE FERRITA 2 $ 8,000

TORNILLOS 2 $ 500

ACRILICO 1 $ 8,000

ALAMBRE DE COBRE 300mt $ 30,000

LED 2 $ 100

TUERCAS 6 $ 600

CABLE 2mt $ 1,500

TOTAL $ 55,700.00

1. Se toma el acrílico y se perforan 3 orificios.

2. Se arman los embobinados con el alambre de cobre en un tronillo

3. Se incrustan los rodamientos al disco de hierro

4. Soldar el cable a los embobinados

5. Se conectan los cables a los LED

6. Se realiza el montaje en el acrílico de los elementos ya preparados.

7. Se realizan pruebas

PROCEDIMIENTO

Al realizar la primera prueba, los bobinados fallaron ya que cada

bobinado contaba con un calibre de cobre muy delgado y con pocas vueltas. Razón por la cual se recurre a usar un calibre de cobre grueso y de mas metros.

Al realizar el anterior cambio y hacer la prueba nos damos cuenta que los imanes están muy grandes para el tipo de bobinado que estábamos usando, por tal razón se usan unos bobinados mas grandes los cuales no funcionaron porque necesitaban de inducción eléctrica.

Podemos concluir que los materiales utilizados en el montaje debían ser proporcionales en tamaño y potencia el uno con el otro para el adecuado funcionamiento del campo magnético.

Este primer montaje no funciona por lo cual realizamos otro diferente.

OBSERVACIONES

SEGUNDA PRUEBA

Un rodamiento

4 imanes

Dos tornillos de 5 /16 por 3.5 pulgadas

Arandelas de 4.5 pulgadas

Un acrílico

80 metros alambre de cobre

2 bombillos LED

Tuercas

Cable

2 CD

MATERIALES UTILIZADOS

PRESUPUESTO

MATERIALES CANTIDAD PRECIO

IMANES 4 $ 3,200

TORNILLOS 2 $ 500

ACRILICO 1 $ 8,000

ALAMBRE DE COBRE 80mt $ 10,000

LED 2 $ 100

TUERCAS 6 $ 600

ARANDELAS 1 $ 300

CD 2 $ 1000

CABLE 2mt $ 1,500

TOTAL $ 25,200

1. Se perfora el acrílico en el centro

2. Se toma un CD y se le pegan los 4 imanes

3. Se arman 4 bobinados de 20 metros de alambre de cobre

4. Se pegan los anteriores bobinados al CD

5. Se pone el cd con los bobinados sobre el sintético

6. Se incrusta el rodamiento por la perforación del sintético.

7. Se conectan los led a las bobinas

8. Se coloca el cd de los imanes sobre el anterior

9. Se pega una tapa de botella de gaseosa en la superficie del cd, para poderlo girar.

10. Se hacen pruebas

PROCEDIMIENTO

Al realizar las pruebas los led no encienden, se

revisa el montaje sin encontrar la solución.

Al ser revisado el montaje por el maestro de física nos indica que al montaje de los bobinados en el CD le faltaban unos núcleos, los cuales se podían formar a través de arandelas en el centro de cada bobinado.

Al realizar pruebas con la observación hecha por el profe ya encienden los led.

OBSERVACIONES

TERCERA PRUEBA

Una tabla de madera

Dos tapas de botella de gaseosa

Un Cd

4 motores

4 led

1 protoboard

cable

MATERIALES UTILIZADOS

PRESUPUESTO

MATERIALES CANTIDAD PRECIO

MOTORES 4 $ 12000

BASE MADERA 2 $ 4000

TORNILLO 1 $ 500

PROTOBOARD 1 $ 8,000

LED 4 $ 1600

TUERCAS 3 $ 600

ARANDELAS 1 $ 300

CD 1 $ 1000

CABLE 2mt $ 1,500

TOTAL $ 29500

Se pega fomy al cd con bóxer Se abre agujero a una tapa de botella de gaseosa Se pega tapa al cd en el centro sin tapar el agujero del cd Se perfora la tabla en la mitad Se coloca el tornillo en medio del agujero o de la tabla y el cd Se ajusta el tornillo a la tapa con arandelas y tuercas Se pega una tapa de botella de gaseosa con silicona en la parte

superior del cd para hacerla girar. Se pegan los motores a la tabla Se pega Protoboard Se conectan los led al Protoboard 3000 motor- 4000 tabla Led de flujo y normales 400-300

PROCEDIMIENTO

Se logro identificar los orígenes y primeros pensadores en los

sistemas de la energía eólica.

Se aplican los conocimientos adquiridos en clase, sobre los temas relacionados con campos magnéticos, polaridad y materiales conductores de energía. .

Se logra elaborar un modelo de transformador de energía iónica en energía eléctrica, a través de materiales como el cobre, e imanes de ferrita los cuales forman un campo magnético generador de energía.

CONCLUSIONES

http://galeon.com/sotecins/solar/Trabajo.htm

http://html.rincondelvago.com/energia-eolica_19.html

http://tecnologiafuentenueva.wikispaces.com/file/view/eolica.pdf

BIBLIOGRAFIA