Estudio de una turbina elica vertical Savonius

INTRODUCCIONEl presente trabajo comprende el desarrollo de un aerogenerador Savonius de eje vertical que permita aprovechar la potencia proporcionada por el viento, adems de hacer un anlisis con un conjunto de herramientas estadsticas de los parametros que mejor se ajustan al tipo de proceso que se pretende realizar, esto con la asistencia de un software adecuado.Renovable, ecologica y respetuosa con el medio ambiente, as es la energa elica, la cual se esta convirtiendo en una solucion para generar energa elctrica a nivel mundial, aplicandose tanto a gran escala como para uso domestico.La energa elica es aquella que aprovecha la fuerza del viento para generar electricidad. Para ello se hace uso de los aerogeneradores, los cuales mueven una turbina consiguiendo transformar la energa cintica del viento en energa mecnica.

CAPITULO I: EL PROBLEMA DE INVESTIGACIN 1.1.-Planteamiento del problema En la actualidad la energa que llega a nuestras casas es producida por fuentes de energa hidroelctricas (agua). Hoy en da se encuentran otras alternativas de generar energa elctrica, y nosotros pretendemos presentar una alternativa de produccin de energa utilizando un recurso natural renovable por medio de la induccin del viento, utilizndolo como una fuente de energa renovable que es la energa elica, la cual utilizaremos para hacer funcionar un dinamo para generar electricidad.1.2.-Formulacin del problemaAl entrar en el proceso de aprovechar la energa elica surge la pregunta de cmo optimizar el proceso de seleccin de las variables tecnicas del aerogenerador tipo Savonius tales como, excentricidad, tipo de material? En la actualidad no existe un modelo analtico que permita realizar esta seleccin, cada constructor de aerogeneradores suministra su punto de vista y se centra en un proceso donde los responsables de tomar las decisiones no tienen toda la informacin necesaria, o no la manejan adecuadamente, para garantizar una ptima seleccin.

1.3.-Objetivos de la investigacin 1.3.1.-Objetivos generalesEstudiar un generador elico vertical Sabonius para analizar las variables que intervienen en el rendimiento energtico. 1.3.2.-Objetivos especficos Implementar un sistema elico con la menor cantidad de material. Convertir la energa elica en energa elctrica, con la ayuda de un dnamo elctrico. Encontrar la configuracin ptima del proceso para lograr el mximo rendimiento mediante el Mtodo de superficie de respuesta (RSM), asistidos por Software Design-Expert. Estudiar y caracterizar el comportamiento aerodinmico de 2 diseos (tipo de material) de labes en condiciones de operacin de una turbina elica tipo Savonius. Comparar los resultados obtenidos para los dos diseos de labes propuestos en funcin de la potencia global obtenida y su aerodinmica. Caracterizar el comportamiento global del dnamo en funcin del coeficiente de potencia respecto a la velocidad de giro para velocidad de viento fija.

1.4.-Justificacin del estudio La energa elica es utilizada por el hombre desde hace miles de aos, pero recin a partir de la crisis energtica de los 70, con el aumento del precio del petrleo, tom una importancia hasta entonces desconocida. Pero, cmo se capta la energa del viento? Como se transforma y finalmente como puede ser beneficioso este mtodo para la humanidad? . En el presente proyecto pretendemos justificar estas interrogantes haciendo un anlisis estadstico de las variables involucradas e indicando los mejores parametros de funcionamiento para un mejor rendimiento.El documento esta dirigido hacia la busqueda de mejores recursos alternativos y econmicos que abastescan las necesidades imperantes en el olvidado altiplano boliviano como ser la dotacin de energa elctrica.La energa de tipo elica ha dado muy buenos resultados en pases desarrollados; este no es el caso de Bolivia debido a que el aprovechamiento de ese recurso tan disponible e inagotable como es el viento no ha sido difundido de una manera significativa; pero, la construccin de un aereomotor casero es sencilla y barata con su consecuente aprovechamiento econmico. Por lo tanto mediante este trabajo se busca el proponer una posibilidad de obtener electricidad casera, vale decir a pequea escala, para poblaciones rurales alejadas del cableado elctrico e incluso para zonas urbanas que deseen un medio limpio y relativamente sencillo de abastecimiento.

1.5.-Limitaciones de la investigacinLas limitaciones expuestas para el desarrollo de este trabajo consisten en: Considerar una turbina Savonius de no ms all de 26 [cm] de alto y 19,2[cm] de dimetro. El flujo incidente (viento) sobre la turbina es uniforme con una velocidad fija en [m/s].La turbina posee 2 labes.El Savonius tiene una baja eficiencia en el aprovechamiento del recurso elico, con coeficientes de potencia cercano al 15%

CAPITULO II: MARCO TERICO 2.1 Antecedentes del estudio 2.2 Bases tericas 2.3 Definicin de trminos 2.4 Hiptesis 2.4.1 Hiptesis general 2.4.2 Hiptesis especfica 2.5 Variables 2.5.1 Definicin conceptual de la variable 2.5.2 Definicin operacional de la variable 2.5.3 Operacionalizacin de la variable

CAPITULO III: METODOLOGA 3.1 Tipo y nivel de investigacin 3.2 Descripcin del mbito de la investigacin 3.3 Poblacin y muestra 3.4 Tcnicas e instrumentos para la recoleccin de datos 3.5 Validez y confiabilidad del instrumento 3.6 Plan de recoleccin y procesamiento de datos MENU

INICIO

NDICE

I. INTRODUCCION

II. TEMA GENERAL

III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

IV. DESCRIPCIN Y NATURALEZA DEL PROYECTO TCNICO CIENTFICO

V. JUSTIFICACIN

VI. FUNDAMENTOS CIENTFICOS Y TECNOLGICOS

VII. DISEO DEL PROYECTO TCNICO CIENTFICO

VIII. PROCESO DE CONSTRUCCIN

IX. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

IX. PRESUPUESTO DE ELABORACIN

X. VALORACIN DEL TRABAJO REALIZADO EN EL PRODUCTO

XI. EXPOSICIN GRAFICA DEL PROYECTO

XII. VALORACIN DEL PROCESO DE CONSTRUCCIN

XIII. VALORACIN DEL PRESUPUESTO

XV. VALORACIN DEL PROGRAMA DE ACTIVIDADES

XVI. CONCLUSIONES

XVII. BIBLIOGRAFA

TURBINA ELICA TIPO SAVONIUS TRANSFORMADOR ELCTRICOVI. FUNDAMENTOS CIENTFICOS Y TECNOLGICOS

El hombre ha empleado el viento como fuente de energa durante miles de aos, pero a partir de la dcada de los 70 adquiri gran desarrollo. En la primera mitad del siglo XX, Numerosos molinos del tipo tradicional con hlices multipalas fueron ideados y fabricados para moler granos o bombear agua. No obstante fueron las turbinas elicas, construidas en las ltimas dcadas con diseos de avanzada y modernas tecnologas, las que permitieron generar electricidad con altos rendimientos. En la dcada de los 80, muchos pases comenzaron a construir turbinas de 10 y 20 kw de potencia, pues, a pesar de que ya se haban construido algunas grandes turbinas experimentales, era necesario poner a punto una tecnologa completamente nueva. Dinamarca, Holanda, Inglaterra, Alemania y los Estados Unidos, principalmente, lideraron estos desarrollos fabricando turbinas con hlices de dos y tres palas, de tamaos apreciables, para producir grandes cantidades de electricidad.Como en general en estos pases de Europa y tambin en los Estados Unidos, la lnea de distribucin elctrica se extiende por todo el territorio, las instalaciones de turbinas elicas fueron realizadas para ser conectadas a la red y ahorrar combustibles o reducir las facturas de electricidad.Energa del viento:La energa del viento es consecuencia de la energa cintica de las partculas del aire en movimiento.La energa cintica es igual a:Ec= m v2En donde m es la masa de las partculas del aire y v, la velocidad de stas (figura 2).Fig 2 La energa cintica se incrementa con el cuadrado de la rapidez. As la energa cintica es una medida dependiente del sistema de referencia (conjunto de convenciones usadas por un observador para poder medir la posicin y otras magnitudes fsicas de un objeto). La energa cintica de un objeto est tambin relacionada con su momento lineal.Para el aprovechamiento del viento se han diseado muchos modelos diferentes de turbinas que efectivamente giran al enfrentar al viento. Sin embargo, existe una diferencia importante entre aquellas que continan girando cuando se les aplica una carga o un cierto freno sobre el eje de rotacin y las que se detienen ante esta resistencia. Ensayos efectuados con modelos en el tnel de viento revelan que los mejores rendimientos corresponden a aquellas turbinas con hlices de tipo convencional de eje horizontal y las turbinas de eje vertical tipo Darrieus (figura 3) quedando en tercer lugar la turbina vertical tipo Savonius . En lo que sigue nos referiremos a turbinas de eje vertical tipo Savonius que es objeto de nuestro estudio.

La hlice es, posiblemente, el elemento ms importante de una turbina elica por ser el captador de la energa del viento. Al ser expuesta a la corriente de aire, experimenta una presin sobre su superficie, lo cual genera una cupla que la hace girar.La segunda caracterstica de nuestro proyecto consiste en aprovechar este movimiento para girar sobre bobinas imanes los cuales poseen corrientes elctricas que se encuentran al interior de la materia. Estas corrientes se producen debido al movimiento de los electrones en los tomos, y cada una de ellas da origen a un imn microscpico. Si todos estos imanes se orientan en forma desordenada, entonces el efecto magntico se anula y el material no contar con esta propiedad. Por el contrario, si todos estos pequeos imanes se alinean, entonces actan como un solo gran imn, entonces la materia resulta ser magntica.

Un imn perturba el espacio que lo rodea; de forma analgica ocurre con las cargas elctricas. A la regin del espacio afectada por la perturbacin de la carga se le llama CAMPO ELCTRICO.Las lneas de campo son las trayectorias que sigue la unidad positiva de carga sometida al efecto del campo creado por otra carga.Ley de faraday:En el experimento de Faraday-Henry se constata que si el flujo magntico cambia de manera brusca (por ejemplo, al mover el imn con mayor rapidez), la intensidad de corriente elctrica inducida aumenta. La variacin del flujo magntico con respecto al tiempo viene dada por la llamada ley de Faraday: En todo conductor que corta o es cortado por una cierta cantidad de lneas de fuerza magntica, se produce una fuerza electromotriz.

Un campo magntico en movimiento induce una corriente elctrica.Finalmente, este campo magntico lo inducimos sobre una bobina y juntos los dos se convierten en un dinamo que har el trabajo final. Esta bobina trabaja siguiendo el principio de induccin magntica, cuando un campo magntico pasa por un alambre produce una corriente elctrica que ir en proporcin a la velocidad o movimiento del mismo.

A este punto nos damos cuenta que hemos vividos rodeados de esta aplicacin desde siempre ya que aparatos de diversin tan sencillos como la bicicleta nos proveen de una muestra tan simple y a la vez poderosa de la aplicacin.

Una turbina elica o turbina de viento es una turbina accionada por la energa elica. Se trata de una turbomquina motora que intercambia cantidad de movimiento con el viento, haciendo girar un rotor. La energa mecnica del eje del rotor puede ser aprovechada para diversas aplicaciones como moler, en el caso de los molinos de viento; bombear agua, en el caso de las aerobombas; o para la generacin de energa elctrica, en los aerogeneradores. Las turbinas elicas se clasifican, segn la orientacin del eje del rotor, en verticales y horizontales.SavoniusLas turbinas Savonius son un tipo de turbinas de eje vertical usadas para convertir el poder del viento en torsin sobre un eje rotatorio. Fueron inventadas por el ingeniero finlands Sigurd J. Savonius en 1922.Puede arrancar con poco viento, siendo muy sencilla su fabricacin; tiene una velocidad de giro pequea y su rendimiento es relativamente bajo.Ventajas de las turbinas verticales No se necesita una torre de estructura poderosa. Como las palas del rotor son verticales no se necesita orientacin al viento, y funcionan an cuando este cambia de direccin rpidamente. Pueden ser ubicadas cerca del suelo, haciendo fcil el mantenimiento de las partes. Pueden tomar ventaja de aquellas irregularidades del terreno que incrementan la velocidad del viento. Necesitan una menor velocidad del viento para empezar a girar. Son menos propensas a romperse con vientos fuertes. Son fcilmente evitadas por los pjaros.Desventajas La mayora de las turbinas verticales producen energa al 50% de la eficiencia de las turbinas horizontales. No toman ventaja de los vientos fuertes de mayor altura.La energa del viento y la potencia de un aerogeneradorLa mxima potencia que le podramos sacar al viento, ya sea con un molino de viento quijotesco o un aerogenerador de ltima generacin se calcula con la siguiente frmula:P = 0,29 D2 v3 P es la potencia expresada en vatios [W] D es el dimetro del rotor en metros [m] v es la velocidad del viento en metros por segundo [m/s].Esta sencilla frmula es fruto del seor Betz, un sabio alemn que en 1926 public el primer tratado sobre la teora aerodinmica aplicada a las turbinas elicas. Esta frmula tambin es conocida como lmite de Betz.Lo primero que salta a la vista es que la potencia aumenta con el cubo de la velocidad del viento, o, expresado de otro modo, a ms viento, mucha ms energa.Sin embargo, en la vida real no ser posible alcanzar este valor, ya que todos los componentes de una elica tienen prdidas aerodinmicas o mecnicas (el rotor, los cojinetes, el sistema de transmisin, el generador, los cables, la batera para almacenar la electricidad producida, etc.).De modo que para estimar la potencia mxima de una elica real usaremos la siguiente frmula:P = 0,15 D2 vEjemplo:Qu potencia mxima podra generar una elica cuyo rotor tiene un dimetro de 6 metros?Si el viento sopla a 10 m/s (= 36 km/h), la potencia del molino serP = 0,15 36 10 = 5400 [W] = 5,40 [kW] (1 kW = 1000 W)Pero si sopla a 20 m/s (= 72 km/h), la potencia serP = 0,15 36 20 = 43200 [W] = 43,20 [kW]Conclusin: a doble velocidad del viento 8 veces ms energa (23).Velocidad de giro de una elicaLa velocidad de giro de una elica se calcula con la siguiente frmula:n = (60 v) / ( D) n es el nmero de revoluciones por minuto [rpm] El factor se llama velocidad especfica del rotor elico y depende de la anchura y del ngulo de calado de las palas. Puede tener un valor nominal comprendido entre 0,8 y aprox. 14. En el rotor Savonius que vamos a construir, este factor tiene un valor comprendido entre 0,9 y 1,1. v es la velocidad del viento en metros por segundo [m/s]. D es el dimetro de la elica en metros [m]La velocidad especfica se define del siguiente modo: = uo/vdonde uo es la velocidad (tangencial) de las puntas de las palas del rotor y v la velocidad del viento, ambas expresadas en [m/s]

Vector de velocidad uo de las puntas de las palas de una elicaPara hacernos una idea:En un aerogenerador moderno de 20 metros de dimetro (los que se utilizan en los controvertidos parques elicos), este factor es del orden de = 8.Calculemos con la frmula su velocidad de giro bajo un viento de 10 m/s(= 36 km/h):n = (60 8 10) / ( 20) = 76,4 rpmNo parece mucho, pero las puntas de las alas giran a 288 km/h!Reglas generales: a ms dimetro, menor velocidad de giro un mayor nmero de aspas o palas no aumenta necesariamente la velocidad de giro, pero aumenta el rendimiento del rotor elico.Construccin del generador SavoniusLa siguiente imagen te dar una idea de la construccin y el funcionamiento de un generador Savonius:

Principio de un aerogenerador Savonius

Definicin de las medidas D, d y eDescripcinEl rotor consta de las dos mitades de una lata de leche, unidas abajo y arriba por sendas barras de refuerzo, que a su vez irn fijadas al eje. Las dos mitades del barril se pueden fijar a estas barras mediante remaches o tornillos. El eje del rotor se soldar a estas barras. Debido a la gran resistencia que este rotor ofrece al viento. El marco deber anclarse slidamente a una base lo ms elevada posible (columnas, torreta), en un lugar donde el viento pueda circular libremente (a cierta distancia de la casa o de otros obstculos (muros, rboles etc.). Los pequeos montculos o elevaciones del terreno siempre ofrecen mejores condiciones para el viento. No es conveniente montar el rotor Savonius sobre un muro, ya que ste disturbar la libre circulacin del viento.Las dos mitades del barril debern fijarse a las mencionadas barras dejando una ranura o espacio entre ellas (distancia e en la Fig). Para una lata estndar (altura H = 30 cm, dimetro d = 24 cm, aproximadamente), la ranura deber tener una anchura de e = 3 cm.(Para otros rotores Savonius eopt = d/6).(Esta ranura es bastante importante, ya que a travs de ella puede pasar el aire, aumentando as el rendimiento de rotor).

Generador Savonius con dos barriles superpuestos = doble potenciaPotencia de un generador SavoniusSegn mediciones realizadas en un tnel de viento, la potencia mxima que un rotor Savonius construido con un barril puede desarrollar es:Pmax = 0,18 H D v [W]Sin embargo, teniendo en cuenta todos los rendimientos del conjunto (rotor (50%, sistema de transmisin (90%), alternador de coche (50%)), la potencia mxima de un aerogenerador construido con 1 barril ser de aproximadamente (HD = 0,94 m):Pmax = 0,08 v [W]Nota: para obtener la potencia en vatios [W], la velocidad del viento v deber introducirse en metros por segundo [m/s] y la altura H y el dimetro D en metros [m].De modo que para un viento de 10 m/s (= 36 km/h), un generador Savonius (1 barril) desarrollar una potencia mxima Pmax = 80 W.Si viviramos en un lugar con un viento constante, que soplara durante las 24 horas del da a una velocidad media de 10 m/s, la energa diaria que podramos producir sera:E = 80 W 24 horas = 1920 Wh = 1,92 kWhLa siguiente tabla muestra la potencia y la velocidad de giro aproximadas que nuestro generador Savonius tendr en funcin de la velocidad del viento:Velocidad del viento [m/s] Potencia mxima [W]Velocidad de giro ptima [rpm]

1 barril 2 barriles

5 (= 18 km/h) 10 20 75

7 (= 25,2 km/h) 27 54 105

10 (= 36 km/h) 80 160 150

12 (= 43,2 km/h) 138 276 180

14 (= 50,4 km/h) 220 440 210

16 (= 57,6 km/h) 327 654 240

20 (= 72 km/h) 640 1280 300

En realidad, para vientos por encima de los 12 m/s, estas velocidades de giro sern algo inferiores, siempre y cuando las bateras se estn cargando (sin carga, el rotor se embala)La Fig. muestra las curvas caractersticas de un rotor Savonius en funcin de su velocidad de giro para cuatro velocidades del viento (8, 10, 12 y 14 m/s). Las curvas superiores corresponden a la potencia y las inferiores al par de giro desarrollados por el rotor.

Curvas caractersticas de un rotor Savonius (construido con un barril de 200 litros)Factor de multiplicacinAntes de empezar, decir que un alternador de coche no es la mejor eleccin para un aerogenerador8. El rendimiento de estas mquinas es psimo (fruto del bajo precio del petrleo de antao): no suele pasar del 50%. Sin embargo, la ventaja es que son robustos, baratos y fciles de conseguir. Si no necesitamos urgentemente un mayor rendimiento de nuestro aerogenerador, podemos empezar con un alternador de coche.Para que un alternador de coche empiece a suministrar amperios, su velocidad de giro debe ser bastante elevada (mnimo aprox. 750 rpm). Como hemos visto ms arriba, el rotor gira a bastante menos velocidad, de modo que tendremos que multiplicarla. El mtodo ms simple y econmico es utilizar dos poleas de diferente dimetro y una correa de transmisin (ver Fig. 3.1-1). El alternador de coche ya lleva su correspondiente polea, cuyo dimetro generalmente oscila entre 4 y 8 cm.A continuacin, la caracterstica corriente versus velocidad de giro de un alternador de coche:

Caracterstica corriente-velocidad de giro de un alternador de cocheVemos que el alternador empieza a suministrar corriente a aprox. 750 rpm. A unas 1250 rpm, la corriente es de aprox. 27 amperios.Si la tensin de carga es de 14 voltios, la potencia suministrada por el alternador a 1250 rpm ser aproximadamente 14 V 27 A = 378 W.De modo que entre 750 y 1250 rpm, la corriente del alternador aumenta de modo prcticamente lineal, y con ella tambin su potencia.

Curva de potencia del alternadorTraslademos ahora esta curva al campo de caractersticas del rotor Savonius, respetando su inclinacin:

La curva de potencia del alternador trasladada al campo de curvas del rotor Savonius construido con un barril de 200 litrosPosicionaremos la curva del alternador de tal modo, que corte las curvas del rotor Savonius lo ms cerca posible de sus respectivos mximos:En la posibilidad 1 de la Fig. , la curva del alternador corta la curva del rotor correspondiente a un viento de 8 m/s en su punto mximo, pero para las dems velocidades del viento se aleja considerablemente de los respectivos mximos.La posibilidad 2 es mejor, puesto que pasa cerca de los mximos de todas las curvas del rotor correspondientes a los vientos ms energticamente ms interesantes (entre 8 y 14 m/s).Para determinar el factor de multiplicacin correspondiente haremos lo siguiente: la recta 2 corta el eje horizontal aproximadamente en el punto n = 170 rpm, que equivalen a las 750 rpm del alternador. Por lo tanto, el factor de multiplicacin ser:k = 750 : 170 = 4,4En la Fig. de Curvas caractersticas de un rotor Savonius vemos que bajo un viento de 14 m/s el rotor Savonius desarrolla una potencia mxima de aprox. 210 W, lo que equivale a una corriente aproximada del alternador de 210 W : 14 V = 15 amperios.Para calcular el factor de multiplicacin de cualquier alternador, necesitaremos conocer como mnimo dos puntos de trabajo de su caracterstica de corriente: n0 = velocidad de giro bajo la cual empieza a suministrar corriente y, por ejemplo n15 = velocidad de giro bajo la cual suministra aprox. 15 amperios.Con estos dos puntos de trabajo podremos dibujar la caracterstica de corriente del alternador (aproximndola por una recta) y multiplicndola por la tensin de carga (14 voltios)- la caracterstica de potencia del alternador, tal como hemos hecho en la Fig. Curva de potencia del alternador.Si slo conocemos el valor n0, podemos hacer un primer intento con el siguiente factor de multiplicacin:k = n0 : 170Para n0 = 1000 rpm, el factor de multiplicacin sera aproximadamentek = 1000 : 170 = 5,9Para calcular el dimetro de la polea fijada al eje del rotor Savonius (polea grande), tendremos que multiplicar el dimetro de la polea del alternador por el factor de multiplicacin k estimado:

dimetro de la polea grande = k dimetro de la polea del alternadorSistema elctricoSobre el sistema elctrico no diremos mucho. Es importante saber si el regulador que el alternador lleva incorporado (un dispositivo electrnico que impide que la tensin suba demasiado, limita la corriente de carga y desconecta la batera cuando est llena) puede servir para cargar la batera del aerogenerador Savonius.Conviene utilizar el alternador de un coche pequeo (de motocicleta?), ya que con un solo rotor Savonius raramente obtendremos ms de 10 amperios (20 amperios con un rotor de 2 barriles).

Los rotores Savonius son un tipo de turbina elica de eje vertical usadas para convertir el poder del viento en torsin sobre un eje rotatorio. Fueron inventadas por el ingeniero finlands Sigurd J. Savonius en el ao 1922.

II. TEMA GENERALENERGAEl termino energa tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar, poner en movimiento.En fsica se define como la capacidad para realizar un trabajo. En tecnologa y economa, energa se refiere a un recurso natural y la tecnologa asociada para explotarle y hacer un uso industrial o econmico del mismo.La energa en si misma nunca es un bien para el consumo final si no un bien intermedio para satisfacer otras necesidades en la produccin de bienes y servicios.FORMAS DE ENERGAEnerga qumica: Es la que posee un cuerpo debido a las sustancias que lo forma. Este tipo de energa es la que poseen la gasolina, los medicamentos o los alimentos.Energa solar: Es la que se produce el sol. Se manifiesta en forma de luz y calor.Energa trmica: Es la que produce transformadores en la temperatura, el volumen o el estado fsico de un cuerpo. Por ejemplo, la energa necesaria para calentar el agua de un recipiente.Energa lumnica: Es la que procede de las fuentes de luz.Energa sonora: Es aquella que es producida por las vibraciones de los cuerpos. Se programa en formas de ondas.Energa elctrica: Es la proporcionada por la corriente elctrica. La producen las centrales elctricas y puede dar lugar a transformaciones trmicas (tostadoras de pan o luminosas (focos de luz). Por ejemplo el calor, la luz y el sonido son formas de energas que se transmiten de unos cuerpos a otros.Energa nuclear: Est contenida de los ncleos de los elementos qumicos. Seobtienen a partir de elementos radioactivos Energa mecnica: Es la que produce cambios de posicin, velocidad o forma en los cuerpos.

Por ejemplo, la energa utilizada para mover un mueble.Energa elica: Es la que produce el viento. Consiste en una forma alternativa en el uso de la energa.Energa hidrulica: Es la que produce agua en movimiento.Energa cintica: Es la energa producida por el movimiento de los cuerpos.Energa potencial: Es la que esta acumulada en los cuerpos. Depende de la posicin y la naturaleza de los cuerpos. La posee un elstico estirado o un objeto en cierta altura sobre el suelo.III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En la actualidad la energa que llega a nuestras casas es producida por fuentes de energa hidroelctricas (agua) y por combustible (Nejapa power). El agua se est agotando en todo el mundo, y la gasolina, sube a diario. Hoy en da se encuentran otras alternativas de generar energa elctrica, y nosotros pretendemos presentar una alternativa de produccin de energa utilizando un recurso natural renovable por medio de la induccin del viento, utilizndolo como una fuente de energa renovable que es la energa elica, la cual utilizaremos para hacer funcionar un transformador capaz de generar electricidad.Los trasformadores se utilizan en casa en donde si es necesario para aumentar o disminuir el voltaje que nos proveen diferentes compaas elctricas a nuestros hogares, adems nos servir para el conductor que mueve un ngulo recto con la direccin de un campo magntico. Este movimiento es necesario para que produzca la induccin, pero es un movimiento relativo entre el conductor y el campo magntico.Nuestro trasformador opera la frecuencia de la red elctrica puede ser monofsica o trifsica que estaran diseados con voltajes bajos o corrientes elevadas (110 o 120 voltios).IV. DESCRIPCIN Y NATURALEZA DEL PROYECTO TCNICO CIENTFICONuestro proyecto est basado en diferentes conceptos cientficos como ya expusimos anteriormente, ahora describiremos en detalle cada una de esas partes. Subdividiremos toda la turbina en 4 grandes secciones: la energa cintica, la energa magntica, la energa inductiva y la resultante y maravillosa energa elctrica.Seccin 1 Energa Cintica.Nuestro proyecto captara de 2 grandes aspas con forma cncava la energa resultante de la fuerza del viento o energa elica que con el movimiento generado el choque de la fuerza del viento con las mismas se convierte en energa cintica. Las aspas por su forma misma y posicin fueron utilizadas por el ingeniero Sigurd J Savonius dndole a la turbina su nombre. La razn de ocupar solamente dos aspas se debe a que a mayor cantidad de aspas menor es la velocidad resultante y especficamente en este diseo nos permite captar el impulso del aire casi desde cualquier direccin logrando as un desempeo bueno en relacin a la fuerza existente.La posibilidad de incrementar las aspas solamente estara permitida en funcin de crecimiento vertical pero por el momento nos enmarcaremos en el diseo propuesto.Seccin 2 Energa MagnticaEn la base de nuestras aspas se encontraran empotrados cuatro imanes con la posicin norte hacia abajo y sur hacia las aspas, estos cuatro imanes harn la funcin de generar un campo magntico sobre bobinas que estarn a 1 centmetro de distancia. Este campo magntico pasara constantemente sobre la bobina lo que generara un flujo que podr ser medido por un voltmetro o ser perceptible a travs de un diodo emisor de luz. Seccin 3 Energa inductiva.Los electrones siendo captados por las bobinas cuyo diseo de doscientas vueltas de alambre de cobre #28 nos permitirn obtener de cada una entre 0.25v hasta 0.75 v dependiendo de la velocidad del rotor en otras palabras obtendremos voltaje por induccin magntica desde 1 voltio hasta tres o cuatro voltios.

Este dinamo requerir de movimiento constante para proporcionar el voltaje y en condiciones adversas se recomienda incluir en los diseos almacenaje en bateras.Seccin 4 Energa ElctricaFinalmente el resultado deseado y por el que horas y horas de trabajo logramos obtener energa elctrica y es que pensar e investigar sobre un proyecto que sea de bajo costo con materiales al alcance de todos, que permita entender el tema central y que a la vez cumpla con las normas de cuidar el ambiente y finalmente que contribuya en algo a nuestra sociedad no es fcil, debe ser ingenioso y claro.

V. JUSTIFICACIN

Considerando que las diversas formas de energa ocasionan daos e incrementan costo en sus uso ya sea residencial como industrial , la energa elica proporciona una alternativa que contribuye a beneficiar econmicamente a la comunidad otorgndole una forma de energa producida por un recurso natural que es el viento el cual acta como impulsador del sistema, reduciendo los ndices de contaminacin al medio ambiente; pues los recursos utilizados actualmente en nuestro pas, y el mundo, contaminando el medio ambiente ocasionando daos en nuestra flora, fauna y tambin al hombre; incrementando la tan ya afectada crisis econmica de las familias, por los altos costos del petrleo y sus derivados as como la generacin de energa en sus diversas formas.Las ventajas obtenidas de la explotacin de esta energa mediante el movimiento del aire es, dentro de las fuentes energticas renovables, la que mayor incremento ha experimentado durante los ltimos aos, La potencia que pueda obtener un sistema de conversin de Energa Elica est determinada por la velocidad, la densidad, y las caractersticas del viento. Al aumentar la velocidad del viento, aumenta la generacin elica disponible. Por cada metro por segundo (m/s) de incremento, el viento aumenta el valor de su velocidad al cubo, y con ella el rendimiento de los generadores.Beneficios Ambientales:"No existe minera, es decir no hay grandes movimientos de terrenos, ni arrastre de sedimentos, ni alteracin de cauces de agua, ni contaminacin por partculas, ni acumulacin de estriles radiactivos".

"No hay metalurgia ni transformacin de combustibles, o lo que es igual, no hay grandes consumos de energa, ni residuos radiactivos, ni problemas de transporte, ni mareas negras, ni contaminacin del aire en las refineras, ni explosiones de gas, ni agentes qumicos agresivos..."

"Tampoco hay combustin ni fusin de combustibles, lo que equivale a no accidentes nucleares, no vertidos controlados de productos radiactivos, no emisiones a la atmsfera de Co2 ni otros gases invernaderos provocadores del cambio climtico global, no contaminantes cidos, no gases txicos, ausencia de polucin trmica...""No se generan residuos, por lo que no hay escombreras que adems pueden arder, ni residuos radiactivos que obsesionarn hasta las generaciones que dentro de cientos y miles de aos tendrn que habitar el planeta que hereden de nosotros."Beneficios Sociales:"La Energa Elica proporciona muchos mas puestos de trabajo por teravatio hora producido al ao (TWh/ao) que cualquier otra fuente de energa: 542 la elica, sobre 100 de la nuclear, 116 del carbn, etc. (datos del Worldwatch Institute, 1990).""El impacto de la Energa Elica sobre la Salud Pblica es muchsimo menor que el de fuentes energticas convencionales como la nuclear, el carbn, o el petrleo, cuyos efectos nocivos son sobradamente conocidos.""El desarrollo de la Energa Elica es compatible con otras actividades humanas debido a su escasa ocupacin real del terreno.""Una vez en funcionamiento la Central, queda excluida toda posibilidad de alteraciones en la calidad del aire, ya que no se producen emisiones contaminantes a la atmsfera. Los nicos perjuicios sobre este elemento del medio natural lo constituyen los ruidos mecnicos y aerodinmicos de la mquina, y la generacin de sombras, que vara anual y diariamente. Aunque debe tenerse presente que las distancias a que se encuentran las reas pobladas ms prximas, y el grado de aceptacin de la poblacin por este tipo de obras son dos factores importantes que minimizan considerablemente esta clase de impactos."VI. FUNDAMENTOS CIENTFICOS Y TECNOLGICOS

La energa elica es utilizada por el hombre desde hace miles de aos, pero recin a partir de la crisis energtica de los 70, con el aumento del precio del petrleo, tom una importancia hasta entonces desconocida. Pero, cmo se capta la energa del viento? Como se transforma y finalmente como puede ser beneficioso este mtodo para la humanidad? .En el presente proyecto pretendemos justificar estas interrogantes.El hombre ha empleado el viento como fuente de energa durante miles de aos, pero a partir de la dcada de los 70 adquiri gran desarrollo. En la primera mitad del siglo XX, Numerosos molinos del tipo tradicional con hlices multipalas fueron ideados y fabricados para moler granos o bombear agua. No obstante fueron las turbinas elicas, construidas en las ltimas dcadas con diseos de avanzada y modernas tecnologas, las que permitieron generar electricidad con altos rendimientos. En la dcada de los 80, muchos pases comenzaron a construir turbinas de 10 y 20 kw de potencia, pues, a pesar de que ya se haban construido algunas grandes turbinas experimentales, era necesario poner a punto una tecnologa completamente nueva. Dinamarca, Holanda, Inglaterra, Alemania y los Estados Unidos, principalmente, lideraron estos desarrollos fabricando turbinas con hlices de dos y tres palas, de tamaos apreciables, para producir grandes cantidades de electricidad.Como en general en estos pases de Europa y tambin en los Estados Unidos, la lnea de distribucin elctrica se extiende por todo el territorio, las instalaciones de turbinas elicas fueron realizadas para ser conectadas a la red y ahorrar combustibles o reducir las facturas de electricidad.Energa del viento:La energa del viento es consecuencia de la energa cintica de las partculas del aire en movimiento.La energa cintica es igual a:Ec= m v2En donde m es la masa de las partculas del aire y v, la velocidad de stas (figura 2).Fig 2 La energa cintica se incrementa con el cuadrado de la rapidez. As la energa cintica es una medida dependiente del sistema de referencia (conjunto de convenciones usadas por un observador para poder medir la posicin y otras magnitudes fsicas de un objeto). La energa cintica de un objeto est tambin relacionada con su momento lineal.Para el aprovechamiento del viento se han diseado muchos modelos diferentes de turbinas que efectivamente giran al enfrentar al viento. Sin embargo, existe una diferencia importante entre aquellas que continan girando cuando se les aplica una carga o un cierto freno sobre el eje de rotacin y las que se detienen ante esta resistencia. Ensayos efectuados con modelos en el tnel de viento revelan que los mejores rendimientos corresponden a aquellas turbinas con hlices de tipo convencional de eje horizontal y las turbinas de eje vertical tipo Darrieus (figura 3) quedando en tercer lugar la turbina vertical tipo Savonius . En lo que sigue nos referiremos a turbinas de eje vertical tipo Savonius que es objeto de nuestro estudio.

La hlice es, posiblemente, el elemento ms importante de una turbina elica por ser el captador de la energa del viento. Al ser expuesta a la corriente de aire, experimenta una presin sobre su superficie, lo cual genera una cupla que la hace girar.La segunda caracterstica de nuestro proyecto consiste en aprovechar este movimiento para girar sobre bobinas imanes los cuales poseen corrientes elctricas que se encuentran al interior de la materia. Estas corrientes se producen debido al movimiento de los electrones en los tomos, y cada una de ellas da origen a un imn microscpico. Si todos estos imanes se orientan en forma desordenada, entonces el efecto magntico se anula y el material no contar con esta propiedad. Por el contrario, si todos estos pequeos imanes se alinean, entonces actan como un solo gran imn, entonces la materia resulta ser magntica.

Un imn perturba el espacio que lo rodea; de forma analgica ocurre con las cargas elctricas. A la regin del espacio afectada por la perturbacin de la carga se le llama CAMPO ELCTRICO.Las lneas de campo son las trayectorias que sigue la unidad positiva de carga sometida al efecto del campo creado por otra carga.Ley de faraday:En el experimento de Faraday-Henry se constata que si el flujo magntico cambia de manera brusca (por ejemplo, al mover el imn con mayor rapidez), la intensidad de corriente elctrica inducida aumenta. La variacin del flujo magntico con respecto al tiempo viene dada por la llamada ley de Faraday: En todo conductor que corta o es cortado por una cierta cantidad de lneas de fuerza magntica, se produce una fuerza electromotriz.

Un campo magntico en movimiento induce una corriente elctrica.Finalmente, este campo magntico lo inducimos sobre una bobina y juntos los dos se convierten en un dinamo que har el trabajo final. Esta bobina trabaja siguiendo el principio de induccin magntica, cuando un campo magntico pasa por un alambre produce una corriente elctrica que ir en proporcin a la velocidad o movimiento del mismo.

A este punto nos damos cuenta que hemos vividos rodeados de esta aplicacin desde siempre ya que aparatos de diversin tan sencillos como la bicicleta nos proveen de una muestra tan simple y a la vez poderosa de la aplicacin.

VII. DISEO DEL PROYECTO TCNICO CIENTFICO

TURBINA ELICA DE TIPO SAVONIUS TRANSFORMADOR ELCTRICO1- Aspas, rotor Extremos de las aspas de la turbina con un radio de 6 centmetros, montado sobre cartn corrugado para darle firmeza y a la vez no hacerlo muy pesado.

Aspas de turbina en el diseo concebido originalmente emplearemos una botella de plstico de 1.5 litros dividida por mitad para hacer las dos aspas.El diseo final de rotor quedara de la siguiente manera:

2- Base de rotor:

Con un radio de 6 centmetros hecha de cartn corrugado:

Montaremos en ella los imanes con orientacin sur hacia las aspas y norte hacia las bobinas, los imanes tendr un dimetro de 2.5 centmetros.Ya instalados se vern as:

Armadas las aspas con la base del rotor se montaran en centro de madera redondeadada que quedara de la siguiente manera: 3- BobinasSe necesitara hacer cuatro bobinas de doscientas vueltas llegando a ocupar por cada una hasta veinte metros de alambre de cobre esmaltado #28., luego las instalaremos en la base respetando el radio de 6 centmetros y 8 centmetros hasta los parales sostenedores de la turbina.

4- Montaje y resultado final (medicin o visualizacin)Luego de hacer las bobinas con las medidas exactas se unirn a la turbina y rotor tomando en cuenta la altura de los imanes respecto a las bobinas, entre ellos no debe haber ms de 1 milmetro de distancia pudiendo hacer correcciones previas al funcionamiento.

A este punto ya podremos obtener dependiendo de la fuerza del viento y de la reaccin de las aspas a este, mediciones de voltaje entre 1 y 3 voltios

VIII. PROCESO DE CONSTRUCCIN1- Marco y base del rotorPara esta parte necesitaremos:

1.1 Haremos con el compas, regla y el lpiz el diseo siguiente con las dimensiones siguientes:Circulo al centro de la tabla base de 6 centmetros de radio y la distancia entre el centro y las piezas verticales de 8 centmetros.

1.2 Insertaremos un tornillo en el punto central de la tabla que deber coincidir con el centro de la circunferencia y posteriormente pegaremos las dos piezas verticales una a cada lado utilizando la pega caliente teniendo el cuidado de las medidas exactas

1.3 Agregue soportes en ambas piezas verticales respetando el Angulo 90 respecto a la base.

1.4 Usando la regla encontremos y marquemos el centro del travesao luego probaremos la clavija redonda y permitiremos que gire en el agujero del tornillo con cabeza redonda que est ubicado en el centro del travesao. Debe quedar firme pero con movimiento trataremos de ajustar hasta que gire libremente.

1.5 Tome medida de 28 centmetros sobre la base de las dos piezas verticales y posteriormente asegure el travesao con una cantidad generosa de pegamento caliente y finalmente tendremos el marco terminado.

2- Las bobinasPara la construccin de las bobinas necesitaremos:

2.1 Con el cartn corrugado lo enrollaremos hasta que lo dividamos en tres partes para alcanzar el dimetro de 3 centmetros que tendrn las bobinas y luego enrollaremos el alambre de cobre esmaltado alrededor del cartn dando un total de doscientas vueltas por bobina, asegurndonos dejar un espacio suficiente entre cada rollo y al principio y al final de todo el enrollado las puntas deben medir cerca de 40 centmetros. Usaremos cerca de 20 metros de alambre por cada bobina. Luego de enrolladas todas sacaremos la primer bobina enrollando alrededor de ella un pedazo de cinta aislante.

2.2 Haremos lo mismo con cada una de las bobinas y posteriormente quitaremos el esmalte de 1.5 cm en cada extremo para probar con el tester o voltmetro si conduce electricidad, para este efecto lo usaremos en la medicin de resistencia en el rango de 200 ohm. Luego de este proceso se vern aproximadamente as:

3. La base inductoraSe necesitaran:

3.1 Ubicaremos las bobinas en la base tal y como muestra el grafico asegurndonos de seguir el giro de las agujas del reloj.

3.2 Una vez que nos encontremos seguros de que las bobinas estn ubicadas en el sentido correcto las pegaremos con una generosa porcin de pega debajo de cada una y finalmente conectaremos en los dos extremos el diodo led quedando finalmente as:

4. El rotorNecesitaremos lo siguiente:

4.1 Usando el compas haremos dos crculos de 12 centmetros de dimetro en el cartn luego los cortaremos con la navaja exacto los uniremos con pega blanca entre ellos, luego las dividiremos en cuatro partes iguales haciendo uso de la regla para encontrar las dos lneas perpendiculares que la dividan.

4.2 Pegaremos las cuatro arandelas en cada una de los extremos de las lneas asegurndonos que estn libres de cualquier grasa o pintura. Sobre ellas pondremos los imanes cuidadosamente teniendo en cuenta la posicin norte y sur. Haremos con el clavo un hoyo al centro que nos servir a futuro.

4.3 Para asegurarnos de la polaridad de los imanes podemos usar una brjula para tal fin. Ahora s, tenemos el rotor completo!!

5. La turbinaNecesitaremos

5.1 Usando el patrn de las aspas de la turbina la pegaremos en el cartn corrugado (el patrn es realizable con las medidas de 6 de radio) haciendo un hoyo en el centro con el clavo. Cortaremos la botella de agua por la mitad con las tijeras

5.2 Las piezas cortadas de la botella las lijaremos para que puedan adherirse a las orillas de las bases fijas del rotor y aplicando generosamente pegamento caliente en las orillas procederemos a pegarlas en ambos lados hasta completar las aspas. Cuidado de no poner pega caliente en el plstico!

5.3 Finalmente en la parte central de las turbinas en donde antes hicimos un hoyo con los clavos atravesaremos con la clavija redonda dejando 6 centmetros de espacio entre la parte final y el inicio de las aspas o rotor, verificaremos si la turbina cabe efectivamente en nuestro marco y luego la haremos girar soplando en ella para asegurarnos de que lo haga libremente. El resultado final es este bonito y simple diseo.

6. Ensamblado finalNecesitaremos:

La turbina gire libremente y sin golpear en las orillas.El disco rotor no tambalee al girarLa distancia entre los imanes y las bobinas sea cerca de 3 milmetros o menos.

6.2 Aplicaremos pega al disco rotor para que no se mueva, aun se pueden hacer micro ajustes finales girando el tornillo al centro de acuerdo a lo que se necesite

7. A probar!!!Necesitaremos:

8.1 Conectaremos las puntas del voltmetro (tester) a los dos cables que estn conectados al led, pondremos la escala en la medida de voltaje en AC, soplaremos la turbina (en espacios cerrados un ventilador ayuda mucho) hasta lograr un movimiento constante, en el voltmetro aparecern8.2 lecturas entre 1 y 3 voltios. Finalmente para hacer esto ms atractivo colocaremos de nuevo el diodo led que emitir luz no continua (flash) por el tipo de corriente obtenida (AC)

6.1 Cuidadosamente colocamos la parte final de la clavija redondeada y atravesamos la base del rotor exactamente al centro (los imanes debern de verse hacia abajo) y la colocaremos a una distancia aproximadamente de 2.5 centmetros de la base del marco. En este punto probaremos que la turbina este ubicada al centro del tornillo en la base al comprobarlo debemos asegurarnos que

XVI. CONCLUSIONESLa tcnica que se presenta en nuestro proyecto pretende demostrar que con un mecanismo simple y eficaz y con ayuda de la comunidad podemos contar con una energa mas econmica y ambientalista as como reduce el riesgo de su manejo ya que no es perjudicial para las personas de distintas edades, no obstante requiere que haya un mantenimiento apropiado para garantizar su funcionamiento en todo momento y esto contribuya a obtener la generacin de energa que se necesita en este mundo en el cual los altos precios del petrleo afectan a todos.La generacin de este tipo de energa garantiza la conservacin de nuestra flora y fauna as como a la purificacin del aire y el deterioro de nuestro medio ambiente.

XVII. BIBLIOGRAFA-Agenda escolar ITR 2008.-Ciencias, salud y medio ambiente 7. Santillana. Edicin 2007. Pg. 40- 41.-Como hacer una tesis de gradacin con tcnicas estadsticas. UCA editores. Gildaberto Bonillo.Cuarta edicin.-MENTOR interactivo enciclopedia temtica estudiantil OCEANO. Grupo editorial. Pg. 346 - 347.http://www.re-energy.cawww.alerce.cnice.mecd.eswww.fisicanet.comwww.google.comwww.misrespuestas.comwww.wikipedia.org

GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA O DINAMOUn generador de corriente continua (CC) es un convertidor electromecnico rotativo que gracias a los fennmenos de induccin y de par electromagntico transforma la energa mecnica en energa elctrica, bajo la forma de corriente continua.tipologiaDependiendo del sistema de excitacin, se clasifican en:1) Mquinas de excitacin separada2) Mquinas autoexitadasa) Serieb) Derivacinc) CompuestatipologaSistema de excitacin: alimentar al bobinado con corriente continua para crear un campo magntico variable.1) Mquinas de excitacin separada; se alimenta con una fuente independiente: bateras,Acumuladores

FUNCIONAMIENTOAl ser alimentado el devanado inductor colocado en el estator por corriente continua, ste creaun campo magntico.Los conductores del bobinado del rotor al estar girando, cortan las lneas de fuerza del campomagntico, generando por el principio de induccin : fuerza electromotriz:E= B l vConstitucin_ A) ESTATOR (bobinado inductor)_ B) ROTOR (bobinado inducido)_ C) COLECTOR DE DELGAS(evita la formacin de Corriente Alterna)_ D) COLLAR PORTA ESCOBILLAS_ E) SOPORTES

Cmo funcionan los generadores de corriente continua? Los generadores de corriente continua funcionan parecido a los motores de corriente continua. En general, los motores de corriente continua son similares en su construccin a los generadores. De hecho podran describirse como generadores que funcionan al revs. Los generadores son mquinas que convierten la energa mecnica en elctrica se le denomina tambin alternador o dnamo en funcin del tipo de corriente que produzcan. Su funcionamiento constituye una aplicacin directa del la ley de induccin de Faraday. En forma esquemtica El generador est construido a partir de una bobina que gira en el campo magntico. De esta manera, unafuerza electromotriz se establece sobre la bobina como consecuencia de las variaciones del flujo mientras que gira.

Comnmente los generadores de corriente continua reciben el nombre de dinamos. Una dinamo o dnamo es un generador elctrico destinado a la transformacin magnetismo en electricidad mediante el fenmeno de la induccin electromagntica, generando una corriente continua elctrica. La corriente generada es producida cuando el campo magntico creado por un imn o un electroimn fijo, inductor, atraviesa una bobina, inducido, colocada en su centro. La corriente inducida en esta bobina giratoria, en principio alterna, es transformada en continua mediante la accin de un conmutador giratorio, solidario con el inducido, denominado colector, constituido por unos electrodos denominados delgas. De aqu es conducida al exterior mediante otros contactos fijos llamados escobillas que conectan por frotamiento con las delgas del colector.

Al lado izquierdo se muestra cmo funciona el generador, usando una espira que gira en el campo magntico de un imn permanente.Los lados de la espira son pintados con diferentes colores para poder distinguirlos cuando la espira gira. Aplicando la ley de Faraday, y con la ayuda de la ley de Lenz, se puede entender que en los extremos de la espira se induce una f.e.m. cuya amplitud y signo cambia segn gira la espira. Lo que queda claro es que el alambre que queda a la derecha ser siempre el lado positivo. Para aprovechar la FEM (fuerza electromotriz) as generada debe implementarse unos contactos mviles que conmutan automticamente los terminales de la bobina mientras que sta gira. Esta parte de del generador recibe el nombre de conmutador, y est formado por unas pistas de cobre llamadas delgas, donde se conectan los extremos de la bobina, y las escobillas que recoge la f.e.m. de la bobina para entregarlas a los contactos externos o bornes del generador. (Corriente contina, 2010).