Energía eólica igual a eléctrica

Congreso de Ética y Ciudadanía
Septiembre 22, 2011
Energía eólica igual a eléctrica:
generador de energía en solidworks
Claudia Mariana Loeza Rentería (A01064450)
Daniela Pérez Ojeda (A01064437)
Enrique Vega Rodríguez (A01062726)
Luis Javier Avalos Silva (A01064321)
Campus Morelia
Introducción
El crecimiento de la población está estrechamente relacionado
con el progreso de la ciencia y la tecnología, ya que conforme
incrementa el número de habitantes aumenta la demanda de los
recursos para abastecer las necesidades básicas de la
población.
Estudiando la energía eólica, encontramos aplicaciones de gran
utilidad para el ser humano, como lo es transformarla en energía
eléctrica a través de un generador con el objetivo de obtener la
energía mínima necesaria para una casa pequeña, un
departamento, como suministrador de la energía para los
aparatos electrónicos e incluso para la iluminación publica.
La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y
ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero
al reemplazar termoeléctricas a base de combustibles fósiles, lo
que la convierte en un tipo de energía verde.
El objetivo de nuestro proyecto es implantar pequeños generadores de energía
eléctrica a través de la eólica, de esta forma aprovechamos los elementos que tenemos
en forma directa y se disminuye el consumo de energía eléctrica generada mediante
procesos que derivan en contaminación, es decir, cambiar los números que sea un
mayor porcentaje de la energía producida limpiamente.
Nuestro generador de energía eléctrica está construido en forma vertical ya que supera
en un 50% el rendimiento de los molinos eólicos conocidos hasta ahora (los de eje
horizontal) además de que son más silenciosos y duraderos, requieren menos
mantenimiento y un espacio más pequeño. Con su construcción en vertical tiene la
capacidad de generar más electricidad con menos área de barrido, esto es, que puede
generar electricidad con vientos muy bajos y con vientos muy altos. En suma dejan de
ser un peligro para la vida silvestre.
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Esta nueva forma de construcción aporta un mayor coeficiente de potencia pues no
existe resistencia alguna por parte del torno, lo cual permite que la conversión de la
energía cinética del viento en energía mecánica en el rotor sea total, no necesita de un
mecanismo de orientación ni de una torre de sustentación.
La curva de potencia del generador eólico vertical se inicia a velocidades del viento
inferiores a 5 metros por segundo y crece exponencialmente con la velocidad de éste,
guardando una relación directa con la verdadera energía que contiene el viento y
aprovechando las velocidades más energéticas; las que están por encima de 25 m/s.
Generador Meld
Nuestro generador fue diseñado para obtener energía eléctrica por medio de una
fuente que no contamine con el objetivo de preservar la calidad de vida de los seres
vivos, además que el costo no es elevado.
El Generador Meld se compone por piezas sencillas pero cada una de ellas es
fundamental para su buen funcionamiento, las cuales se explicarán a continuación.
1. Multiplicadora
La caja multiplicadora es la encargada de
multiplicar la velocidad aumentando las
revoluciones por minuto con que rota el
generador, la velocidad de giro del generador
depende de la frecuencia de la corriente
eléctrica y del número de pares de polos de la
máquina. De igual forma tiene la tarea de
acoplar las bajas velocidades de rotación del
rotor así como las altas del generador y
soportar las amplias variaciones de la velocidad del viento.
La relación de transmisión del multiplicador está determinada por su tren de
engranajes, constituido en los aerogeneradores actuales por ruedas dentadas
cilíndricas —de ejes paralelos—, cuyos dientes al engranar vinculan sus frecuencias de
rotación.
2. Generador
El generador está compuesto por un dínamo,
una tapadera y la base donde éste descansa.
Los dínamos son generadores eléctricos que
funcionan transformando la energía mecánica,
que se genera por el movimiento en energía
eléctrica y la velocidad de rotación puede ser
variada.
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El dínamo funciona en conjunto con un sistema
compuesto por el sistema de administración de
red y una serie de sensores que son usados
para medir la temperatura, dirección y velocidad
del viento, entre otros parámetros que apoyan
al control de la turbina y su respectivo
monitoreo.
Éste no se puede conectar directamente a la
red de corriente alterna con frecuencia
constante, por lo que es preciso utilizar un
convertidor de frecuencia como elemento
intermedio entre el generador y la red.
Esta desventaja de tener que utilizar un
complicado sistema adicional para la
sincronización se compensa con una mayor
eficiencia de la turbina y una mejor
compatibilidad con la red.
3. Rodamiento
El rodamiento es el componente que ayuda a
los álabes o palas del rotor a convertir la
energía del viento en movimiento mecánico
rotacional.
El rotor está compuesto por los propios álabes
y el buje (elemento que une los álabes con el
árbol principal mediante el cojinete principal). El
buje es el centro del rotor y se fabrica de hierro o acero fundido.
Si el aerogenerador tiene caja multiplicadora, el buje se conecta directamente al eje de
baja velocidad de la caja multiplicadora y convierte la energía del viento en energía en
rotación. Si la turbina no posee caja multiplicadora, la energía se transmite
directamente al generador.
Los álabes del rotor son fabricados fundamentalmente de fibra de vidrio o fibra de
carbón reforzado con plástico, conocidos como FVRP o FCRP. Las palas de madera,
madera y resina epóxica o madera-fibra-resina epóxica son ya poco empleadas.
El perfil de los álabes es similar al de las alas de los aviones, realizan su función
mediante el mismo principio de la fuerza de empuje: sobre la parte inferior del ala el
viento pasa y genera una alta presión, mientras que por la parte superior se genera una
baja presión. Esta fuerza, además de la fuerza de resistencia, provoca que el rotor gire.
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4. Carcasa
La carcaza soporta toda la maquinaria de la
turbina y debe ser capaz de rotar para seguir la
dirección del viento, por lo que se une a la torre
mediante rodamientos.
El diseño de la góndola depende de cómo el
fabricante decidió ubicar los componentes del
tren de fuerza (eje del rotor con los cojinetes,
caja multiplicadora, generador, acoplamiento y
freno).
5. Aspas
La composición de las aspas es en forma de
alerón. El alerón está formado por dos caras: una
curva y una plana, esto con la intención de que el
aire pase por la curva pase a mayor rapidez que
el aire que pasa por la cara recta y según el
principio de Bernoulli esto genera una caída de
presión sobre la curva para dar como resultado
una fuerza que se obtiene gracias a la succión.
Estos alerones se encuentran sostenidas por un
par de soportes (inferior y superior) que las
mantienen seguras y a su vez éstos soportes van
sostenidos en una base sobre la que giran
provocando, así el movimiento que se después
originará energía eólica.
6. Torres y cimiento
Para garantizar la estabilidad de una turbina
eólica se construyen los cimientos, que pueden
ser superficiales o profundos en este caso
hablamos de un poste de 2 metros de largo por lo
tanto el cimiento es poco profundo entre 30 y 40
centímetros aproximadamente y éste debe ir
ahogado en colado para su adecuada
estabilidad.
El tipo de cimentación depende de la
consistencia del suelo donde se va a instalar la
máquina ya sea 30 centímetros de profundidad si
el suelo es piedra o 40 centímetros si es tierra.
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La torre se construye no solo para resistir el
peso de la góndola y de los álabes del rotor,
sino también debe absorber las cargas
causadas por la variación de potencia del
viento.
6. Esqueleto
El esqueleto es una estructura que sostiene al
generador para que pueda cumplir con sus
funciones de manera adecuada. Éste se
encuentra dentro de la carcasa y está sujeta a
la base del generador.
El generador cuenta con un sistema de
orientación cuyo objetivo es colocar el
rodamiento de las turbinas en un ángulo óptimo
con respecto al viento. Del mismo modo tiene
un sistema de alimentación de la red eléctrica.
El sistema para la alimentación de electricidad
a la red depende del generador eléctrico
empleado: la mayoría de los modernos
aerogeneradores en la categoría de mega-watt
usan generadores asincrónicos de inducción
conectados a la red rotando a velocidad
aproximadamente constante y con conexión
directa a la red. Esto significa que no se
necesitan rectificadores ni inversores.
Por último, el generador eólico también tiene
sensores para el control y monitoreo del
generador pues la carcasa posee sensores o
instrumentos de medición que constantemente
están midiendo los parámetros siguientes:
velocidad (anemómetro) y dirección del viento
(veleta), velocidad del rotor y del generador,
temperatura ambiente y de los componentes,
presión del aceite, ángulo de paso y acimut
(ángulo del mecanismo de orientación basado
en la dirección del viento), magnitudes
eléctricas y vibraciones en la góndola.
Estos datos son usados para el control del
generador. Por ejemplo, la dirección del viento
es transmitida directamente al mecanismo de orientación que hace que el rotor siga al
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viento, mientras que la medición de la velocidad del viento
permite operar, conectar o desconectar el generador.
Los sensores, la lectura y el análisis de estos datos
controlan el aerogenerador y ofrecen las bases para una
correcta gestión operacional.
Innovación
El generador MELD, fue diseñado para que pueda
emplearse en cualquier lugar, tiene la capacidad de
adaptarse a un pequeño espacio y también tiene la
capacidad de generar la energía suficiente para los
electrodomésticos de una casa común.
Es accesible en costo y principalmente contribuye a reducir
la contaminación y la mejora de la vida del ser humano.
Conclusiones
El empleo de la energía eólica para generar la energía
contribuye a la solución del problema de demanda de los
servicios básicos y al de la contaminación ya que, la
energía eléctrica se obtiene de una renovable o limpia ya
que no emite residuos contaminantes, pues tiene su origen
se encuentra en procesos atmosféricos debidos a la
energía que llega a la Tierra procedente del Sol, por lo
tanto se combina con la energía solar.
El generador MELD puede instalarse en espacios no aptos,
por ejemplo, en zonas desérticas, en otras próximas a la
costa, en laderas muy empinadas o áridas. Además puede convivir con cualquier otro
uso del suelo.
Contribuye al ahorro de combustible en las centrales térmicas y/o al de agua en las
hidroeléctricas, pues el empleo de energía eléctrica a través esta permite la
automatización de las viviendas.
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Referencias
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