, FUNCIONAMIENTO V MANTENIMIENTO DE MOLINOS DE VIENTO
Cartilla para los usuarios
Miguel Vega M~ Mauricio González G. Lo~is Fernando Molina P.
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FUNCIONAMIENTO
V MANTENIMIENTO
DE MOLINOS DE VIENTO ABC de la Tecnología. Número especial
• SENA
7A' Servicio Nacional de Aprendizaje UNIVERSIDAD NACIONAL
Los autores
lng. Miguel Vega Profesor de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Colombia.
Arq. Luis Fernando Molina Entorno Ltda.
Arq. Mauricio González Entorno Ltda.
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Diseño Diagramación Ilustración y montaje: Entorno Ltda.
Derechos Reservados SENA - UNIVERSIDAD NACIONAL Prohibida su reproducc1on wra1 o parcial
CONTENIDO
Introducción ........................ 7 1 . Nociones Generales. . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.1. Descripción del molino de viento .. 1 O 1 .2. Clasificación y usos ............. 12 1.3. Componentes del molino lento .... 16
2. Funcionamiento ........ , .......... 20 1 a. Parte Molino en movimiento ...... 20 2a. Parte Molino frenado ........... .36
3. Mantenimiento ................... 39 3.1. Mantenimiento preventivo ....... 39 3.2. Mantenimiento reparativo ....... 44
Bibliografía ........................ .46
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INTRODUCCION
La Universidad Nacional de Colombia (UN) en convenio con el Servicio Nacional de Aprendizaje (SENA) -viene realizando una serie de proyectos de investigación tecnológica con el fin de dar solución a problemas específicos de la comunidad.
El presente manual forma parte de un conjunto de publicaciones que la universidad Nacional está realizando con miras a la difusión de tecnologías, en este caso se presenta uno de los resultados del trabajo desarrollado en el área de los molinos de viento.
El hombre a través de la historia ha utilizado en su beneficio la energ(a (empuje o movimiento) que se encuentra presente en la naturaleza en formas tan variadas r- como el carbón, el petróleo y sus deriva-
\ dos, los rayos solares, las caídas de agua 4 y las corrientess de aire. Para esto se han
desarrollado sistemas que captan la energía y la ponen a disposición del hombre como el motor a gasolina, el motor eléc-
:\ trico y los molinos de viento. Estos últi" ~ mas como lo indica su nombre son accio
nados por el viento y se emplean para la extracción de agua o en la generación de energía eléctrica.
En Colombia se han utilizado durante
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muchos años, específicamente en zonas caracterizadas por presentar vientos, como en el departamento de la Guajira, donde se cuentan más de quinientos aparatos o en la sabafla de Bogotá donde existen miles de ellos; siendo utilizados en casi su totalidad para la extracción de agua, desde el subsuelo hasta la superficie, aprovechándose para abastecer las necesidades del hombre y las comunidades, regar los cultivos y en la crianza de animales. En el presente manual usted podrá aprender con facilidad, cómo funciona un molino de viento, cómo se controla, cuáles son los sistemas que lo componen y cuál es el mantenimiento apropiado.
1 . 1 Descripción del molino
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Definición Los molinos de viento son máquinas que -------aprovechan' la velocidad del viento por / · . medio de una gran rueda llamada "rotor" que gira impulsada por las corrientes de aire; este movimiento el molino lo aprovecha para producir energía mecánica ó energía eléctrica. ·
---·---------
---··-----
1 .2 Clasificación y Usos Por la velocidad de giro del rotor los molinos de viento se pueden clasificar en lentos y rápidos:
1 . MQiinos de Viento lentos.
El rotor de este molino está compuesto de 8 a 18 aspas dispuestas en forma de superficie circular con un diámetro que varía de 1 a 5 mts. Estas características hacen que el rotor cubra una gran superficie para enfrentar y captar la energía del viento. Por esto, aún con vientos de bajas velocidades, este tipo de molino
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arranca o entra en funcionamiento.
Los molinos de viento lentos se emplean para la extracción de agua desde pozos subterráneos por medio de bombas, porque las velocidades de funcionamiento del molino y la bomba son compatibles.
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2. Molinos de Viento Rapidos.
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El rotor de este molino está compuesto por una a seis aspas que conforman una mínima superficie para enfrentar al viento, giran por un efecto aerodinámico o para decirlo de otra manera, giran por la velocidad del viento que enfrenta la pequeña superficie de sus aspas.
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Los molinos de viento rápidos se emplean para la producción de energía eléctrica por medio de un generador, por ser compatibles las velocidades de éste con las del molino. Por necesitar de vientos rápidos, la ubicación de estos molinos requiere de un estudio de las condiciones del terreno.
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1. Aereomotor.
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Está ubicado en la parte superior del molino de viento, es el encargado de recoger la energía de las corrientes de aire y convertirla en un movimiento vertical que se aprovecha para la extracción de agua.
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2. Torre
La torre es una estructura construida con ángulos de acero unidos entre s(
por medio de tuercas y tornillos, reforzados con tensores.
En la parte superior se encuentran la plataforma y el tubo o base de la carcasa que soporta y permite el giro del aeromotor para enfrentar los vientos más fuertes.
En la parte inferior de la torre se encuentran las bases de concreto que la soportan.
3. Vastago.
Transmite el movimiento desde el aeromotor hasta la bomba.
4. Bomba
Extrae el agua desde un pozo subterráneo y la impulsa a través de una tubería hasta el depósito de agua. ,
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2. FUNCIONAMIENTO 1a. PARTE
El funcionamiento de los molinos de viento depende de varios sistemas, para una mayor comprensión de éstos estudiaremos inicialmente los sistemas que intervienen cuando el molino se encuentra en movimiento.
Molino en Movimiento
En el movimiento del molino intervienen varios sistemas:
El sistema captador de energía o rotor que gira al enfrentar el viento.
El sistema convertidor, que transforma el movimiento de giro en movimiento vertical.
El sistema de orientación (veleta) que orienta al aeromotor para captar el viento.
El sistema de transmisión o vástago que transmite el movimiento vertical de ascenso y descenso a la bomba.
El sistema de extracción de agua o bomba que alimenta el depósito de agua a través de la tubería de conducción.
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A continuac1on estudiaremos los sistemas que intervienen cuando el molino se encuentra en movimiento.
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Sistema Captador de energía
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Todas las partes que vemos en el gráfico conforman un conjunto denominado sistema captador de energía.
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Este sistema recibe la acción del viento a través de las aspas, que van montadas sobre el esqueleto formado por anillos y brazos los cuales se atornillan al cubo que gira con el eje.
Con este sistema se obtiene el movimiento (mecánico) de giro del eje del rotor.
La parte estructural del rotor y su forma de unión se ve en los tres detalles.
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Sistema Convertidor
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El movimiento de Giro del eje del rotor se convierte en movimiento vertical recti-1 íneo a través del convertidor. Este movimiento se transmite a la bomba median te el vástago.
Su funcionamiento se indica en los siguientes gráficos.
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Los piñones sobre el eje transmiten el movimiento de éste a los piñones reductores de velocidad, sobre los cuales van montados los extremos inferiores de las bielas
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Los extremos superiores de las bielas están unidos a través de un pasador con la polea que se desplaza en sentido vertical sobre la gu (a.
La longitud que recorre la polea sobre la gu (a se denomina carrera. El vástago por estar unido a la polea sube y baja con ella.
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S~CC\Ot-l, ~'PiialOSZ.. N&.. YA..'TA6C
Sistema de transmisión o vastago.
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La energía del viento captada por el rotor y transformada por el convertidor es transmitida a la bomba por medio del vástago.
El vástago es un tubo metálico, (varilla de acero). En su extremo superior está unido a la polea del Convertidor y en· su extremo inferior está conectado al émbolo de la bomba.
El vástago está compuesto por tres elementos.
• La sección superior es un elemento metálico que une la polea con el fusible.
• El fusible es un elemento de seguridad que en el caso de una obstrucción en la bomba se rompe impidiendo el daño o deterioro de cualquiera de las partes del molino. Gen~ralmente es un tramo de madera.
• La secc1on inferior del vástago pasa a través de la tapa de una caja de concreto instalada a nivel del suelo y de la tuber(a de conducción de agua para unirse con el émbolo de la bomba.
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• La tapa s4~e.~ibr'.se enrosca al cuerpo .ae;cl:aAborpba, tiene una que 1 d,ejaJp~sar'~el agua ~n direc~~,9n.; 4-detnás permite el del vástago. '
• El' p1ston ,ftnp.&!sadg P?L.~l .. v~su;~ se .·d~spl¡xza <t~.~tro del"tq~p, ?~a,ttúa tom~'t'un;aJer.tpga S~CC<jO~(\ndJ<) e{á$ua h ac,:i~ndol¡:¡ ,Jng~esa~ a .... la ... bomb~ ... J>cara luegú ~impuls~rl~,a través de la ty~~da de,'oonduoción ·.··hasta el dép.ósi;to .. ·
• El tuóo c~~rpo de la bomba es acero, dentro de éste se desplaza el pistón. Tiet)e rosca en sus dos extremos para elajuste de las tapas~
o La tapa inferior se enrosca al tubo. Al igual que la tapa superior tiene una válvula que .permite el paso del agua en un solo sentido.
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2.
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En los gráficos se muestra el funcionamiento de la bomba.
1.2.3. Cuando el émbolo sube por primera vez, la válvula inferior se abre permitiendo el paso de agua a la Cámara de Succión. '(4.5)
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4.5. Cuando el émbolo baja:
• La válvula inferior se cierra por acción del agua que se encuentra en la cámara de succión.
• La válvula del émbolo se abre permitiendo el paso del agua a la cámara de descarga.
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6. Al subir nuevamente el émbolo:
• Se abre la válvula inferior y llena la cámara de succión.
• Se abre la válvula superior permitiendo el paso del agua que se encuentra en la cámara de descarga o la tubería de conducción.
• La válvula del émbolo se cierra.
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FUNCIONAMIENTO
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2a. PARTE
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Molino frenado.
Cuando por alguna razón se hace necesario detener el molino, se logra por medio de los sistemas de orientación y frenado que se accionan mediante una palanca que se encuentra en la parte inferior de la torre.
Al halar esta palanca entra en funcionamiento el sistema de freno que detiene el rotor, a la vez que dispone de veleta en posición de bandera, como se aprecia en el gráfico, desorientando as( el rotor con respecto al viento e impidiendo el movim lento del mol in o.
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Sistema de freno.
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El movimiento dado a la palanca en la parte inferior de la torre se transmite a través de un alambre (guaya) hasta los mecanismos que conforman el sistema de freno y que se encuentran alrededor del tubo o base de la carcaza.
El alambre desplaza la palanca elevadora, que empuja el aro deslizante hacia arriba. El aro deslizante tiene dos brazos, al subir el aro uno de los brazos acciona el
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' freno de fricción mientras el otro desplaza la veleta hasta la posición de bandera lográndose con esto la detención del molino.
Al dejar libre la palanca de freno el molino entra en movimiento en forma automática gracias a una serie de resortes que ponen la veleta paralela al viento y desactivan el freno de fricción.
3. MANTENIMIENTO
Para conservar el molino en buen estado es necesario aplicar un correcto mantenimiento a cada una de sus partes. Hay dos clases de mantenimiento:
Preventivo: que se aplica al molino con el fin de evitar daños por falta de lubricación .o por oxidación (corrosión).
Reparativo: que se lleva a cabo cuando alguna· de las partes del molino se deteriora o se rompe, lo que puede producir un funcionamiento ineficiente o la total detención del molino.
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MAN1E~lM\EWTO 2EPA2A11'10
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3.1 Mantenimiento preventivo Los metales son sensibles al ataque de las sales que se encuentran presentes en el aire. Esto produce la oxidación o corrosión inicialmente en la superficie. De no retirarse a tiempo puede penetrar en el cuerpo del material destruyéndolo por completo.
La protección de los metales ante la corrosión se logra con la aplicación de pintura anticorrosiva sobre toda la superficie, lo que produce una capa que aisla al metal del contacto con el a ir e
Cuando la corrosión se encuentra presente en alguna de las partes del molino el proceso a seguir es el siguiente:
2. Pulir con lija para metales, de grano grueso, y disolvente (Tinher).
3. Limpiar por completo la superficie con un trapo humedecido en disolvente hasta retirar todo tipo de impurezas (residuos de óxido, polvo, aceites y grasas).
4. Aplicar pintura anticorrosiva con brocha hasta cubrir completamente la superficie metálica. Pueden ser necesarias varias manos.
e RECOMENDACIONES
Revuelva con una espátula limpia el anticorrosivo antes de aplicarlo para mezclar bien sus componentes. Utilice guantes de caucho para la realización de estos trabajos.
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1
Pintura
Las partes del molino que se deben pintar periódicamente se aprecian en el gráfico:
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Lubricación Los molinos de viento son máquinas compuestas por una serie de partes que al entrar en movimiento sufren rozamiento o fricción de unas con otras.
Esto produce un desgaste superficial que deteriora las partes reduciendo a la vez el rendimiento del molino.
Al aplicar lubricantes el rozamiento y el desgaste de las partes se reducen, disminuyendo así el riesgo de daños y el costo de reparacio-
nes, además de prolongar la vida del aparato.
Tipo de lubricante. - Aceite de caja o valvulina para el conver
tidor.
- Grasa fibra para los apoyos del cubo y los mecanismos del freno.
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Las partes del molino que se deben lubricar periódicamente se aprecian en el gráfico.
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3.2 Mantenimiento Reparativo
Para detectar fallas en el funcionamiento del molino se debe realizar periódicamente una revisión de los sistemas del molino. Con esto se logra conservar todos los mecanismos en perfecto estado.
Esta revisión se orienta principalmente a la búsqueda de partes· oxidadas y a la ausencia de lubricantes. Además de lo anterior se debe verificar que el molino realice sus trabajos correctamente, o para decirlo de otra manera que la extracción de agua se lleve a cabo.
Las partes más sensibles a los efectos de la corrosión son:
- aros del rotor. - varillas y resortes del freno.
Cuando la corrosión ha penetrado en el cuerpo de estos elementos se deben reemplazar Si la corrosión es superficial siga las instrucciones indicadas en la página número 41.
En la página siguiente .se presenta un cuadro que tiene como fin facilitar la identificación o diagnóstico de las partes o sistemas que ocasionan las fallas típicas en el funcionamiento de molinos. La reparación de estas fallas requieren generalmente de personal y equipos especializados.
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cuadro para el diagnóstico de fallas
del molino.
MOLINO EN MOVIMIENTO
Problema Causa Revisión Reparación
Fusible roto Revisar bomba Bomba fusible No hay movimiento Convertidor Partes del Convertidor en el vástago dañado convertidor
Embolo Cambio émbolo Falla en la Sellos Cambio sellos
No sale agua bomba Cilindro Rectificación Cilindro
Pozo seco Clima Esperar invierno -·-
Escape de aceite Retenedor Retenedor Cambio dañado
La veleta no retorna a su Resorte en Resortes Cambio posición de trabajo mal estado
Las bandas del Resortes en Resortes y freno no retornan mal estado mecanismo Cambio
.•
MOLINO FRENADO
Problema Causa Revisión Reparación
Varilla del Rota Cambio freno Suelta Ajuste
El rotor no se Bandas
detiene desajustadas Bandas Ajuste
Bandas desgastadas Bandas Cambio
La veleta no Brazo para adquiere la posición desplazar Rota Cambio de bandera veleta Suelta Ajuste
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Bibliografía
Catálogo Aeromotor Company "Water where you want iti"
Tesis de grado Univeridad Nacional 1 ng. Javier Vargas
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