DEFINCION: Aerogenerador

DEFINCION: Aerogenerador
Un aerogenerador es un generador eléctrico movido por una turbina accionada
por el viento (turbina eólica). Sus precedentes directos son los molinos de viento
que se empleaban para la molienda y obtención de harina. En este caso, la
energía eólica, en realidad la energía cinética del aire en movimiento,
proporciona energía mecánica a un rotor hélice que, a través de un sistema de
transmisión mecánico, hace girar el rotor de un generador, normalmente
un alternador trifásico, que convierte la energía mecánica rotacional en energía
eléctrica.
Existen diferentes tipos de aerogeneradores, dependiendo de su potencia, la
disposición de su eje de rotación, el tipo de generador, etc.
Los aerogeneradores pueden trabajar de manera aislada o agrupados
en parques eólicos o plantas de generación eólica, distanciados unos de otros, en
función del impacto ambiental y de las turbulencias generadas por el movimiento
de las palas.
Para aportar energía a la red eléctrica, los aerogeneradores deben estar dotados
de un sistema de sincronización para que la frecuencia de la corriente generada
se mantenga perfectamente sincronizada con la frecuencia de la red.
Ya en la primera mitad del siglo XX, la generación de energía eléctrica con
rotores eólicos fue bastante popular en casas aisladas situadas en zonas rurales.
La energía eólica se está volviendo más popular en la actualidad, al haber
demostrado
la
viabilidad
industrial,
y
nació
como
búsqueda
de
una
diversificación en el abanico de generación eléctrica ante un crecimiento de la
demanda y una situación geopolítica cada vez más complicada en el ámbito de
los combustibles tradicionales.
El prototipo es la primera
versión o modelo del producto,
en que se han incorporado
algunas
características
del
producto final. Se crean con
rapidez y a bajo costo para
explorar
la factibilidad
del
concepto preliminar. Se puede
fabricar a mano, de materias
simples, pero también se puede
contar con la pericia de un
ingeniero,
diseñador
o
desarrollador profesional de prototipos. De todos modos, el objetivo del prototipo
es ayudar al emprendedor a visualizar y refinar su producto porque aunque el
producto funciona bien en teoría, no es hasta que se empieza a trabajar en el
prototipo cuando se empiezan a ver los fallos y los puntos de mejora.
MATERIALES:
Cimentación
Los aerogeneradores actuales de eje horizontal están constituidos por una
cimentación subterránea de hormigón armado, adecuada al terreno y a las
cargas del viento, sobre la cuál se levanta una torre.
Torre
La torre de un aerogenerador es el elemento estructural que soporta todo peso
del aerogenerador y mantiene elevadas del suelo las palas de la turbina. Está
hecha de acero y normalmente hueca por dentro para poder permitir el acceso
a la góndola. Esta suele ser típicamente de acero de tipo tubular u hormigón
armado (en la actualidad se suelen utilizar estructuras mixtas en las que la parte
inferior es de hormigón y la superior de acero). Elevan el aerogenerador lo
suficiente como para que sea capaz de acceder a velocidades del viento
mayores, en contraste con las bajas velocidades en los puntos cercanos al
terreno y la existencia de turbulencias. Al extremo de la torre se fija una góndola
giratoria de acero o fibra de vidrio.
Rotor y las palas
Normalmente las turbinas modernas están formadas por dos o tres palas, siendo lo
normal el uso de tres por la mayor suavidad en el giro que proporciona. Las palas
están fabricadas de un material compuesto de matriz polimérica (poliéster) con
un refuerzo de fibras de vidrio o carbono para dar mayor resistencia. Pueden
medir longitudes en el rango desde 1 metro hasta 100 metros y van conectados al
buje del rotor. Dentro del buje hay ciertos elementos mecánicos que permiten
variar el ángulo de incidencia (o pitch) de las palas.
La mayoría de los rotores en la actualidad son horizontales y pueden tener
articulaciones, la más habitual es la de cambio de paso. En la mayoría de los
casos el rotor está situado a barlovento de la torre, con el objeto de reducir las
cargas cíclicas sobre las aspas que aparecen si se situara a sotavento de ella,
pues al pasar una pala por detrás de la estela de la torre , la velocidad incidente
está muy alterada. Debido a este fenómeno, las torres de aeroturbinas con
rotores a sotavento son de celosía metálica, por su mayor transparencia al viento.
Góndola
La góndola es un cubículo que se puede considerar la sala de máquinas del
aerogenerador. Puede girar en torno a la torre para poner a la turbina encarada
al viento. Dentro de ella se encuentran la caja de cambios, el eje principal, los
sistemas de control, el generador, los frenos y los mecanismos de giro de la
góndola. El eje principal es el encargado de transmitir el par de giro a la caja de
cambios.
Caja de cambios
La función de la caja de cambios es adecuar la velocidad de giro del eje
principal a la que necesita el generador. Por ejemplo en una turbina de 1 MW
que tenga un rotor de 52 metros de diámetro girará aproximadamente a 20
revoluciones por minuto (rpm) mientras que el generador lo hará a 1500 rpm. La
relación de la caja de cambios será de 1500/20= 75.
Generador
Actualmente hay tres tipos de turbinas, que varían únicamente en el
comportamiento que tiene el generador cuando el molino se encuentra en
condiciones por encima de las nominales para evitar sobrecargas. Casi todas las
turbinas utilizan uno de los 3 sistemas mencionados a continuación:

Generador de inducción de jaula de ardilla

Generador de inducción bifásico

Generador síncrono
Un generador asíncrono como por ejemplo el de jaula de ardilla es el que se
empezó a utilizar en las primeras turbinas eólicas. Debido a la gran diferencia de
giro entre el eje del molino y el generador se necesita una caja de cambios. El
devanado del estator se encuentra conectado a la red. Se llaman turbinas de
viento de velocidad constante, aunque el generador de inducción de jaula de
ardilla permita pequeñas variaciones en la velocidad del rotor
(aproximadamente el 1 %) también llamado deslizamiento. Un generador de jaula
de ardilla consume la potencia reactiva de la red. Esto no es algo deseable, sobre
todo en una red débil. Por esta razón, se acoplan condensadores al generador.
Los otros dos sistemas de generación permiten un factor de multiplicidad de 2
entre la velocidad mínima y máxima del rotor. Al existir estas variaciones en los
niveles de velocidad de giro, existe un desacoplamiento entre la frecuencia de
red y la frecuencia del rotor. Para igualar ambas frecuencias se necesita
electrónica de potencia.
En los generadores de inducción doble-alimentados se utiliza un primer concepto
de velocidad variable. A través de la electrónica de potencia, se inyecta una
corriente en el devanado del rotor del generador. El devanado del estator del
generador está conectado directamente a la red. La frecuencia de la corriente
inyectada en el devanado del rotor es variable, por ello quedan desacopladas la
frecuencia eléctrica y mecánicas. Al hacerse esto, se permite el funcionamiento
con velocidades variables. Una caja de cambio adapta las diferentes
velocidades del rotor y el generador.
Los generadores sincrónicos usan un segundo concepto de velocidad variable.
Estas turbinas no tienen una caja de cambio. El generador y la red quedan
totalmente desacoplados mediante electrónica de potencia. En esta
configuración, también se puede operar con velocidades variables. Algunos
fabricantes usan generadores especiales que operan con bajas revoluciones. Los
generadores con bajas velocidades de giro se reconocen fácilmente por sus
diámetros relativamente grandes, colocados cerca del rotor de la turbina.
Sistema de frenado
Las turbinas eólicas están equipadas con sistemas de seguridad muy avanzados.
El sistema de frenado de discos permite, en situaciones de emergencia o de
mantenimiento, parar el molino.
Sistema de control
Una vez puesto en marcha un molino eólico, queda totalmente automatizado
con sistemas de control formado por ordenadores. Estos manejan la información
que suministran la veleta y el anemómetro colocados encima de la góndola para
orientar el molino y las palas de forma que la generación se optimice lo máximo
posible. Toda la información sobre el estado de la turbina se puede enviar de
forma remota a un servidor central.
CRONOGRAMA:
Semana 1: Investigación e iteración de todos los aspectos relevantes asociados
con la energía eólica, tales como: los componentes del aerogenerador, ventajas
y desventajas de esta misma energía, estadísticas de uso de las misma en
Colombia, expectativas a futuro, el rendimiento, etc.
Semana 2: Se determinó en que parte del Departamento de La Guajira donde se
instalaría nuestro aerogenerador, de esta manera se pudo concluir que el lugar
más indicado para establecerlo es en Riohacha, ya que las condiciones de
terreno de este lugar son las más adecuadas para introducir el aerogenerador.
Para poder elegir nuestro terreno se realizó un estudio de suelos realizado con la
ayuda de un ingeniero topográfico y demás un geólogo el cual estudiara las
condiciones climáticas.
Semana 3: Se elaboró el modelo matemático de nuestro aerogenerador,
teniendo en cuenta aspectos como la velocidad del viento en Guajira, velocidad
en la punta del aspa, el radio en la mitad y punta de la misma, se realizaron los
cálculos pertinentes de cuanta potencia debe de generar nuestro
aerogenerador. Mientras el viento este soplando constantemente se hicieron los
cálculos respectivos y se obtuvo que el aerogenerador debe de tener una
potencia de 500 W para en las situaciones en los que el aerogenerador no esté
funcionando a causa de la ausencia del viento; este debe de producir el doble
para así almacenarlo en una batería.
Semana 4: Se hizo un esquema real en el programa SketchUp para identificar
como seria nuestro aerogenerador implementándolo en el lugar de la finca
campestre que era el más adecuado. Dicho esquema fue de mucha ayuda para
poder orientarnos y poder visualizar de una forma más clara como seria la
implementación del aerogenerador en la vida real.
Semana 5: En esta semana se hicieron los acuerdos legales pertinentes con la
alcaldía de Riohacha para poder establecer nuestro aerogenerador en nuestra
casa campestre. Primero se realizó una carta, la cual fue entregada al
departamento de planeación de la alcaldía de esta misma ciudad. Esta carta lo
que pretendía era que se nos otorgara el certificado de uso de suelo, de que
según el plan de ordenamiento territorial de Riohacha en nuestra casa campestre
se puede hacer nuestro aerogenerador. Posteriormente la solicitud de
establecimiento del aerogenerador se entregó a la secretaria de hacienda para
empezar a pagar el impuesto de industria y comercio.
De esta manera se obtuvo el permiso adecuado para poder elaborar nuestro
aerogenerador en el lugar acordado.
Semana 6: Se elaboró y acordó contrato a mediano plazo con Ingenieros, obreros
y maquinistas para que con su ayuda se pudiese colocar el aerogenerador de
una forma adecuada, obteniendo las medidas convenientes para que desde la
casa hasta el aerogenerador hubiese una distancia pertinente. Los maquinistas
nos cotizaran una excavadora y grúa pequeña, para levantar las piezas y
instalarlas en la zona adecuada.
Semana 7: Al tener todas las medidas de las partes del aerogenerador, se
cotizaron el costo con la empresa de energía renovable Green Energy Latin
América, Las Empresas Publicas de Medellín e Idelect Ingeniería y diseño
electrónico , la cual es una corporación encargada de la compra y venta de
aerogeneradores para así poder distribuirlos en toda Latinoamérica.
Semana 8: Durante esta semana, tuvimos que decidir qué empresa se escogería
con base en las cotizaciones.
Semana 9: Ordenamos el aerogenerador, en el cual la primera parte llegaría en
aproximadamente 6 días y la segunda parte en otros 6 días.
Semana 10: Arribaron las primeras partes del aerogenerador.
Semana 11: Arribaron las últimas partes.
Semana 12: Se elaboró el ensamblaje de las partes internas (GONDOLA) con
ayuda de ingenieros eléctricos y también se ajustan las aspas a esta misma. Así
mismo, se escavo un hueco en la zona seleccionada con ayuda de la
excavadora y de los obreros.
Semana 13: Se soldó la parte anterior con la torre del aerogenerador y luego de
esto, con la ayuda de la grúa, se introdujo lo mencionado en el agujero y se
elaboró una base de hormigón. Así mismo, se sujetan los cables desde el
aerogenerador hasta el piso, ya que ayuda a sostenerlo y que no haya ningún
inconveniente.
PRESUPUESTO:
Los sistemas eólicos autónomos le permiten generar su propia energía eléctrica y
almacenarla para su uso a cualquier hora del día, gracias al banco de baterías.
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disponibilidad del servicio de la CFE, o para las personas que simplemente se
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Funcionamiento y Componentes
Un sistema eólico autónomo se utiliza para generar electricidad a partir de
energía del viento, y almacenarla en un banco de baterías para poder ser
utilizada a cualquier hora. Básicamente se compone de lo siguiente:
AEROGENERADOR
Convierte la energía del viento en energía eléctrica, la cual se manda al
controlador de carga. Se varía el tamaño del generador eólico de acuerdo a la
capacidad requerida del sistema.
CONTROLADOR DE CARGA
Regula la corriente proveniente de los paneles solares, y recarga el banco de
baterías, protegiéndolo de sobrecargas y descargas excesivas. Sus funciones
reguladoras y de protección alargan la vida de sus baterías para obtener el mejor
rendimiento y duración.
BANCO DE BATERÍAS
Almacena la energía producida por lo paneles solares, para su uso a cualquier
hora. Es conformado por una o varias baterías de ciclado profundo, especiales
para sistemas solares.
INVERSOR
Convierte la corriente directa proveniente de las baterías en corriente alterna, lista
para usarse con todos sus aparatos. Cuenta con protecciones contra sobrecarga
y corto-circuito (además de otras), y le informa en tiempo real de la carga de su
banco de baterías.
APROX:
2000-3000