UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MORELOS FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS E INGENIERÍA SERVICIO SOCIAL “DISEÑO DE UN MECANISMO QUE PERMITE APROVECHAR UN MOVIMIENTO LATERAL PARA CONVERTIRLO EN MOVIMIENTO DE FLECHA PARA APLICACIONES EOLICAS DE RESONANCIA POR VORTICIDAD” ASESOR: DR. JUAN CARLOS GARCIA CASTREJON ALUMNO: VICTOR EMANUEL CABAÑAS MONTES ABRIL – SEPTIEMBRE 2021 CONTENIDO OBJETIVO ............................................................................................................................................................ 3 INTRODUCCION .................................................................................................................................................. 3 METODOLOGIA ................................................................................................................................................... 3 Análisis ............................................................................................................................................................ 4 Desarrollo del diseño. ..................................................................................................................................... 4 PRIMER DISEÑO .......................................................................................................................................... 4 SEGUNDO DISEÑO ...................................................................................................................................... 4 TERCER DISEÑO .......................................................................................................................................... 5 Problemas de diseño ...................................................................................................................................... 6 Diseño final ..................................................................................................................................................... 6 RESULTADOS..................................................................................................................................................... 11 CONCLUSIÓN .................................................................................................................................................... 11 TRABAJO A FUTURO ......................................................................................................................................... 11 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................................... 11 2 OBJETIVO Diseñar un mecanismo que permita aprovechar un movimiento lateral (lineal) de una aleta, para transformarlo en un movimiento de flecha para un generador de electricidad, con el fin de ayudar a la investigación del desarrollo aerogeneradores de resonancia por vorticidad. INTRODUCCION El desarrollo de energía renovables debe seguir avanzando a un buen ritmo si se quiere cumplir el objetivo con la agenda 2030 y otras estrategias para reducir emisiones de carbono, por ello un ambicioso objetivo que tiene un punto de apoyo fundamental: el desarrollo de la tecnología. Pero como vienen alertando las organizaciones conservacionistas, el desarrollo de las renovables no puede llevarse a cabo sin otras limitaciones que su máximo aprovechamiento. En el caso de la energía eólica los estudios de impacto ambiental indican que los principales efectos negativos de los parques eólicos en la biodiversidad (especialmente sobre las aves) son las colisiones con las aspas en movimiento. Para mitigar ese efecto y obtener el máximo aprovechamiento investigaciones y proyectos están encaminado al desarrollo de aerogeneradores de resonancia por vorticidad, es decir, el aprovechamiento del viento a velocidades bajas produce un movimiento lateral a una frecuencia, Las turbinas eólicas convencionales dejan de funcionar a determinadas velocidades de viento, por lo que son incompatibles con los entornos de alta intensidad de las rachas, así como los que están sometidos a rápidos y constantes cambios de dirección. En cambio, los aerogeneradores de resonancia por vorticidad se adaptan rápidamente a los cambios de dirección e intensidad del viento. Para ello es importante diseñar el mecanismo que permita aprovechas el movimiento que generar el viento en las aletas para convertirlo en un movimiento de giratorio para hacer funcionar un generador. Se mostrará el proceso de diseño del mecanismo, para lo cual se emplearon 3 diseños previos hasta llegar al resultado final, se observará comparaciones de geometrías y restricciones METODOLOGIA El movimiento requerido es efectuado por un vástago de manera lineal, hasta conseguir un movimiento giratorio en un eje para mover en un sentido el rotor de un generador. El movimiento lineal tendrá un retorno. 3 ANÁLISIS Para su funcionamiento se necesita un eslabón conectado al rotor del generador, el segundo nodo del eslabón tendrá que conectar con una pieza deslizante, que realice el movimiento lineal unidireccional de izquierda a derecha con retorno, por ello los diseños serán enfocados a esa unión DESARROLLO DEL DISEÑO. PRIMER DISEÑO La primera idea de diseño fue inspirada en el mecanismo de Ginebra con movimiento lineal, este tendría solo 2 ranuras, una arriba y debajo de manera simétrica, la manivela tendrá una extrusión en el nodo 2 el cual se deslizará entre las ranuras, la ranura tendrá una distancia del radio del giro entre el primer y segundo nodo, accionado por el movimiento tipo pistón del vástago conectado a la corredera en la parte superior, la ranuras harán girar al roto por medio de la manivela conectado al rotor, cada giro de 180° la extrusión en al nodo 2 cambiara de ranura, de arriba a abajo y viceversa. SEGUNDO DISEÑO En el segundo diseño de se pensó en un mecanismo de Biela-Manivela con un eslabón secundario conectado al vástago. El eslabón secundario estará conectado a la manivela en el primer nodo y el segundo nodo conectado a un pistón que moverá al generador. Modelo 1 4 TERCER DISEÑO En el tercer diseño se optó por utilizar el mecanismo de biela manivela corredera, colocando de manera lineal a la corredera con el centro de giro del primer eslabón, permitiendo un mayor rango de giro que el anterior. Se añadirá una base para colocar el cilindro del generador y la corredera. El eslabón secundario estará conectado a la manivela en el primer nodo y el segundo nodo conectado a una corredera con una base de deslizamiento lineal unidireccional. La corredera ira conectada a un vástago para efectuar el movimiento. Modelo 2 5 PROBLEMAS DE DISEÑO Estos diseños presentaron buenas prestaciones en la simulación de estudio del movimiento en SolidWorks para realizar el giro en una sola dirección, pero aun así no realiza el movimiento completo dado que es muy simple, por lo cual lo siguiente mejorar será sobre la base de la corredera y el rango de movimiento lineal para efectuar el giro, dado que cuando el vástago llega a su límite, la manivela no da los 180° de giro para regresar el movimiento lineal. DISEÑO FINAL Para el ultimo diseño se tomó en cuenta una ranura curveada de guía, que estará conectada a una unió de entra la corredera y la ranura, porque el movimiento de la corredera debe seguir siendo lineal, de esta manera el giro de la manivela se efectúa llegando a su distancia máxima del recorrido de la corredera, y distancia que hay entre los extremos de la ranura y su punto medio de la curva hará un permita empujar la manivela mediante el eslabón secundario conectado a la unión de la ranura. se cambió el diseño por completo tomado como premisa el seguimiento de la ranura. Piezas: 1. Base del mecanismo 2. Eslabón Primario 3. Eslabón Secundario 4. Cierre de eslabón secundario 5. Unión del eslabón secundario 6. Base corredera 7. Corredera al pistón 8. Unión al pistón 9. Soporte 10. Contenedor del pistón 11. Pistón 6 Base del mecanismo Una base donde se encuentren el eje de giro de la manivela y el seguimiento de la ranura curva. Eslabón Primario El eslabón primario es doble con una unión en el segundo nodo para que el eslabón secundario cierre y ubicando el eje de giro en sus centros de masa de ambos. Eslabón Secundario El eslabón secundario con una cierre por tornillos para permitir un dacil ensamble. 7 Cierre de eslabón secundario Cierre del eslabón secundario que permitirá el giro de su eje. Unión del eslabón secundario Unión entre la corredera, eslabón secundario y base del mecanismo donde se encuentra la ranura curva. Base corredera La base de la corredera permite capturar el movimiento lineal de la altea mediante el vástago. 8 Corredera La corredera cuenta con unas ranuras verticales, las cuales serviran para que la union de 3 piezas se desplazse de arriba abajo y viseversa, permitiendo que dicha union siga el reecorrido de las ranuras curvas. De igual manera cuenta con 2 salientes con perforaciones que seran la conexión del vástago. Vástago El vástago estará conectado a la aleta, transfiriendo su movimiento, el empuje que tendrá moverá a la corredera, accionando todo el mecanismo apara la efectuación del movimiento. Soporte 9 El soporte le permite al vástago mantener una postura alineada ya sea de manera vertical o horizontal facilitando el movimiento, la cual permite un mejor deslizamiento. Ensamble Final 10 RESULTADOS El resultado final del mecanismo se aprecia en el ensamble anterior, al diseñar notamos la mayor complejidad es en el movimiento lineal así que se pensó en una curvatura en forma de ranura para que así el eslabón secundario realice un movimiento giratorio sobre la unión de las 3 piezas, para que exista una contracción mayor entre la unión del primer y segundo eslabón, esto hará que el contrapeso del primer eslabón efectúe el giro del generador en cada vuelta de 180° y cada recorrido completo del vástago en un sentido. CONCLUSIÓN El mecanismo cumple con las especificaciones requeridas, aunque no su desarrollo final, ya que faltaron variables para un estudio más completo, aun así, el movimiento que completa es de un rango alto por ayuda de la ranura, es un movimiento dende la transformación del movimiento de da en una unión especifica del mecanismo que une 3 piezas a la vez, por ello el diseño del mecanismo termina con el ultimo diseño, para posterior mente seguir trabajando en ello. TRABAJO A FUTURO La terminación de este mecanismo no supone su fase final del aprovechamiento máximo, puesto que solo se pidió el es estudio del movimiento sin cargas, falta realizar el estudio completo de los esfuerzos, sin mencionar las limitantes de sus recorrido, pues aun con el diseño final a ciertos rangos de frecuencia de giro causaría una des variancia con el movimiento pero para ello se requiere el rango de cargas y pesos de los materiales, dado que fue una idea de aporte lo siguientes ingenieros o alumnos que sigan en esta investigación podrán trabajar con: • • Los esfuerzos en las uniones bajo cargas Frecuencia de giro con cargas. BIBLIOGRAFÍA https://qdoc.tips/clasificacion-mecanismos-pdf-free.html Mecanismo de Ginebra Lineal https://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2009/04/06-mecanismostransformacion-movimiento.pdf Biela-Manivela http://tauja.ujaen.es/bitstream/10953.1/12143/1/TFG_AVG_MECBMC.pdf Biela manivela corredera 11
