PROPUESTA PARA LA TRANSFORMACION DE ENERGIA EOLICA A ELECTRICA.

SERGIO DANIEL TRUJILLO PEREZJUAN FELIPE GONZALEZ RIVEROS

E.C.C.I. ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES TECNLOGO EN GESTIN EN PROCESOS INDUSTRIALES BOGOTA2013PROPUESTA PARA LA TRANSFORMACION DE ENERGIA EOLICA A ELECTRICA.

SERGIO DANIEL TRUJILLO PEREZJUAN FELIPE GONZALEZ RIVEROS

JAVIER BOBADILLADOCENTE FISICA ELECTRICA

E.C.C.I. ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES INGENIERA INDUSTRIAL TECNLOGO EN GESTIN EN PROCESOS INDUSTRIALES BOGOT2013

TABLA DE CONTENIDO1. Objetivos2. Antecedentes3. Marco Terico 3.1 La Energa Elica 3.1.1 Historia de la Energa Elica3.1.2 Futuro de la Energa Elica3.1.3 CLCULO DE LA ENERGA ELICA3.2 ENERGA ELCTRICA 3.2.1 Corriente elctrica 3.2.2 Fuentes de energa elctrica3.2.3 Generacin de energa elctrica3.2.4 Apagn elctrico3.2.5 Ruido elctrico3.2.6 Consumo de energa y eficiencia energtica3.3 INTEGRACION DE LA ENERGIA EOLICA EN LA RED ELECTRICA3.4 TIPOS DE AEROGENERADORES4 DESARROLLO DEL PROYECTO4.1 La energa elica4.2 Cmo se realiza la produccin de energa elica?4.3 Produccin de energa elica4.4 Los generadores de viento4.5 Partes de un generador elico4.6 Funcionamiento de un aerogenerador4.7 Generacin de la electricidad en los aerogeneradores4.8 Control de potencia en los aerogeneradores4.9 Factores que influyen en la cantidad de potencia del viento4.10 Comparacin entre las potencias4.11 Algunas consideraciones con respecto al viento4.12 Beneficios 5. DESARROLLO DEL PROYECTO6. PROCESO EXPERIMENTAL7. CONCLUSIONES8. BSQUEDA BIBLIOGRFICA

1. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Conocer laenerga elica mirando sus ventajas y sus desventajas para el beneficio de nosotros y medioambientales, aplicaciones y sus diferencias con las dems energas.

OBJETIVO ESPECIFICOS:

Investigar el mtodo en donde puede ser manipulada este tipo de energa en nuestro pas, continente y en el resto del mundo.

Experimentar el conocimiento y la prctica de cmo hacer energa elica para asi mismo representarlo en nuestras vidas a futuro.

2. ANTECEDENTESHasta la aparicin de la mquina de vapor en el siglo XIX, la nica energa de origen no animal para realizacin de trabajo mecnico era la proveniente del agua o del viento. La primera y ms inmediata forma de aprovechamiento de la energa elica ha sido desde los tiempos ms remotos aplicada a la navegacin; las primeras referencias de la utilizacin de embarcaciones a vela proceden de Egipto y datan del IV V milenio antes de J.C.Los molinos de viento existan ya en la ms remota antigedad. Persia, Irak, Egipto y China disponan de mquinas elicas muchos siglos antes de J.C.; Hammurab I. rey de Babilonia, 17 siglos antes de J.C. utiliz molinos accionados por el viento para regar las llanuras de Mesopotamia y para la molienda del grano. Se trataba de primitivas mquinas elicas de rotor vertical con varias palas de madera o caa, cuyo movimiento de rotacin era comunicado directamente por el eje a las muelas del molino. En China hay referencias de la existencia de molinos de rotor vertical y palas a base de telas colocadas sobre un armazn de madera, que eran utilizados para el bombeo de agua, mquinas conocidas como panmonas, precursoras de los molinos persas. El egipcio Hero de Alejandra representa en un estudio un molino de eje vertical de cuatro palas.Los molinos de viento fueron utilizados en Europa en la Edad Media, comenzando a extenderse por Grecia, Italia y Francia. Si el origen de las mquinas elicas presenta notables incertidumbres, no menos lo hace su expansin por el Mediterrneo y por toda Europa. Segn algunos autores, se debe a los cruzados la introduccin de la tecnologa elica en Occidente, si bien otros opinan que Europa desarrolla su propia tecnologa, claramente distinta de la oriental, ya que en Europa se imponen fundamentalmente los molinos de eje horizontal, mientras que los molinos orientales eran de eje vertical.Sea cual fuese la forma de aparicin de estas mquinas en diversos pases europeos, lo cierto es que se encuentran abundantes ejemplos de la importancia que los molinos de viento llegaron a tener en diversas aplicaciones; citemos como ejemplo relevante los literarios molinos castellanos utilizados para la molienda y los no menos conocidos molinos holandeses usados desde 1430 para la desecacin de los polders, todos ellos de eje horizontal. En el siglo XVI Holanda perfecciona el diseo de los molinos y los utiliza para el drenaje; entre los aos 1609 y 1612, Beemster Polder fue drenado con la ayuda de estas mquinas; sin embargo, no slo utilizaron los molinos para drenar el agua, sino tambin para extraer aceites de semillas, moler grano, etc; precisamente el nombre de molinos proviene de este tipo de aplicaciones. Una idea de la importancia que en el pasado adquiri la energa elica nos la da el hecho de que en el siglo XVIII, los holandeses tenan instalados y en funcionamiento 20.000 molinos, que les proporcionaban una media de 20 Kw cada uno, energa nada despreciable para las necesidades de aquella poca.En 1724 Leopold Jacob proyecta un molino de ocho palas que mueve una bomba de pistn; en 1883 aparece el pequeo multipala americano diseado por Steward Perry. Este molino, de unos 3 metros de dimetro utilizado para bombeo, ha sido el ms vendido de la historia, llegndose a fabricar ms de seis millones de unidades, de las que existen varios miles en funcionamiento. Como precursor de los actuales aerogeneradores, es necesario citar la aeroturbina danesa de Lacourt (1892), mquina capaz de desarrollar entre 5 y 25 Kw.Hasta ese momento, las velocidades tpicas que se haban conseguido con los multipala eran de dos veces la del viento, mientras que los molinos clsicos habran funcionado con velocidades en el extremo de la pala del mismo orden de magnitud que la del viento.La teora de la aerodinmica se desarrolla durante las primeras dcadas del siglo XX, permitiendo comprender la naturaleza y el comportamiento de las fuerzas que actan alrededor de las palas de las turbinas. Los mismos cientficos que la desarrollaron para usos aeronuticos Joukowski, Drzewiechy y Sabinin en Rusia; Prandtl y Betz en Alemania; Constantin y Enfield en Francia, etc, establecen los criterios bsicos que deban cumplir las nuevas generaciones de turbinas elicas.En el ao 1910 Dinamarca tena instalada una potencia elica de 200 MW.En los aos 20 se empiezan a aplicar a los rotores elicos los perfiles aerodinmicos que se haban diseado para las alas y hlices de los aviones. En 1927, el holands A.J. Dekker construye el primer rotor provisto de palas con seccin aerodinmica, capaz de alcanzar velocidades en punta de pala, cuatro o cinco veces superiores la del viento incidente.Betz demostr en su famoso artculo "Die Windmuhlen im lichte neverer Forschung", (Berln 1927), que el rendimiento de las turbinas aumentaba con la velocidad de rotacin y que, en cualquier caso, ningn sistema elico poda superar el 60% de la energa contenida en el viento. Por lo tanto, los nuevos rotores deban funcionar con elevadas velocidades de rotacin para conseguir rendimientos ms elevados. La teora demostr tambin que cuanto mayor era la velocidad de rotacin menor importancia tena el nmero de palas, por lo que las turbinas modernas podan incluso construirse con una sola pala sin que disminuyera su rendimiento aerodinmico significativamente.A pesar de los esfuerzos realizados y de la mayor eficacia de las nuevas turbinas, las dificultades de almacenamiento y las desventajas propias de la irregularidad de los vientos fueron la causa de que las aplicaciones basadas en el aprovechamiento del viento como recurso energtico continuaran declinando hasta el final de la Primera Guerra.Los combustibles fsiles, y en particular el petrleo, empezaban a imponerse como la principal e insustituible fuente de energa. Sin embargo, el petrleo presentaba un grave inconveniente al crear una dependencia entre los pases consumidores y los productores, de forma que cuando el orden econmico se vea alterado por alguna crisis y la dependencia energtica se haca patente, se adoptaban polticas de apoyo de los recursos autnomos, que se abandonaban una vez se superaba la crisis.La primera de estas etapas fue una consecuencia inmediata de la Primera Guerra. Con una fuerte expansin de la electricidad como sistema energtico universal y escasez de recursos para importar petrleo, las turbinas elicas continuaron desarrollndose por dos caminos diferentes.Por un lado, hacia el diseo, construccin y comercializacin de aerogeneradores de baja potencia, capaces de generar electricidad en reas rurales ms o menos aisladas, a las que todava no haban llegado las redes de electrificacin.Por otro, y a la sombra de una industria aeronutica en pleno desarrollo, hacia el diseo y construccin de grandes plantas elicas capaces de generar electricidad a gran escala.Este apoyo a los recursos energticos autctonos, que comenz inmediatamente despus de la guerra, se mantuvo durante la dcada siguiente, como consecuencia de la poltica proteccionista adoptada por los pases occidentales tras la crisis de 1929.Durante este perodo fueron innumerables los trabajos realizados sobre plantas elicas de gran potencia en Europa y USA, centrando los programas elicos su inters en aspectos diferentes como, la evaluacin de los recursos disponibles, obtencin y tratamiento de datos meteorolgicos, elaboracin de mapas elicos y localizacin de emplazamientos, y el clculo, diseo y construccin de plantas de gran potencia, a la vez que intent crear incentivos que motivasen a la iniciativa privada a fabricar y comercializar pequeas turbinas con funcionamiento autnomo, que permitiesen cubrir las necesidades de explotaciones agrcolas o industriales situadas en zonas apartadas.Dentro de los grandes proyectos, el Honnef alemn consista en instalar torres de 300 metros de altura, con 3 5 rotores de 150 metros de dimetro, capaces de generar 75 MW; aunque se realizaron estudios a pequea escala, el prototipo de esta central fue destruido en una incursin area.El anteproyecto Heronemus (U.S.A.) consista en la construccin de estaciones elicas compuestas por torres de 113 metros de altura con tres rotores de 73 metros de dimetro; se pensaba que con 1400 estaciones de este tipo, ubicadas en la costa se podra generar el 8% de la demanda elctrica U.S.A.En 1931 se instal en el Mar Negro una mquina elica de 100 Kw.Entre 1941 y 1945 estuvo funcionando en U.S.A, una unidad de 1,2 MW.Una vez finalizada la Segunda Guerra, y como consecuencia del perodo de escasez que sigui, los pases europeos elaboraron programas nacionales para elegir los emplazamientos ms adecuados donde deberan instalarse las grandes plantas elicas que se proyectaban.El segundo periodo de desarrollo de la energa elica comienza en los aos cincuenta y se prolonga hasta mediados de los sesenta en que, una vez restablecida la economa internacional, acaba perdiendo inters al no resultar sus precios competitivos con los de los combustibles fsiles convencionales, por lo que el bajo precio del petrleo, hasta 1973, cerr el camino al desarrollo de la tecnologa elica; a esta etapa sigui otra de precios del petrleo altos que se prolong hasta 1986 y que favoreci el desarrollo de los aerogeneradores elicos como fuente de energa alternativa, renovable y no contaminante, capaz de producir electricidad a precios competitivos.En esta poca, las redes de electrificacin empezaban a ser lo suficientemente extensas como para cubrir la mayor parte de las zonas rurales, por lo que tambin disminuyeron las ventajas de los aerogeneradores de baja potencia utilizados en zonas aisladas.El perodo termin con un gran nmero de instalaciones experimentales, construidas de una forma dispersa en pases diferentes, sin demasiada conexin entre s.Solamente en Francia, Dinamarca e Inglaterra se llevaron a cabo programas de cierta importancia.El nmero de aerogeneradores instalados a finales de 1991 era superior a los 21.000, segn datos de la Agencia Internacional de la Energa, con un total de potencia de 2.200 MW, equivalente a dos centrales nucleares de gran potencia, y de los cuales la mitad estaban instalados en los parques elicos de California.A ttulo anecdtico, a finales de 1991 la potencia de origen elico instalada en la red elctrica danesa ascenda a 410 MW con una produccin de energa equivalente al 2,3% del consumo del pas. En Alemania la potencia instalada era de 100 MW y estaba previsto alcanzar los 250 MW en breve plazo Holanda contaba con 80 MW de potencia instalada y 100 ms en construccin. El programa elico holands tiene previsto alcanzar los 1.000 MW hacia el ao 2000 y los 2.000 MW en el 2010. Espaa tena en fase de realizacin varios proyectos que completaran los 50 MW hacia finales de 1992. El Plan de Energas Renovables, dentro del Plan Energtico Nacional 1992-2000 alcanz los 100 MW a finales de 1995, aunque las previsiones actuales sobrepasan ampliamente estas cifras.En cuanto al tipo de mquinas de mayor inters, los resultados obtenidos de las numerosas experiencias realizadas permitieron concretar el campo de trabajo en dos modelos: las turbinas de eje horizontal de dos o tres palas y, en menor medida, las turbinas Darrieux de eje vertical.El tamao medio de las mquinas instaladas hasta 1990 estuvo en el rango de los 100 Kw, aunque se observaba una clara tendencia ascendente.En los ltimos 10 aos los pequeos aerogeneradores aumentaron poco a poco sus potencias, a la vez que mejoraban su fiabilidad y reducan sus costes; las potencias medias de los aerogeneradores instalados entre 1990 y 1991 era de 225 Kw; en los ltimos aos se han podido construir aerogeneradores con potencias mayores, desarrollados por las grandes compaas de la industria aeronutica, que aumentan la fiabilidad de las mquinas y reducen sus costes, convergiendo hacia una nueva generacin de aeroturbinas de 500 Kw a 1,2 MW, lo que demuestra el alto grado de madurez alcanzado por esta tecnologa. La fabricacin de pequeas mquinas ha ido perdiendo inters en pases con redes de distribucin de electricidad muy extendidas, ya que los costes superiores de la energa en instalaciones pequeas e individuales los hacen poco rentables.El precio del Kw/h elico puede ser, en aerogeneradores de potencia media, la mitad que en los aerogeneradores de potencia baja. La rentabilidad de las aeroturbinas elicas implica el intentar disminuir costos, tanto en su instalacin inicial, como en los gastos de mantenimiento, procurando que el tiempo de vida de la instalacin sea superior al del perodo de amortizacin.(Tomado de http://exa.unne.edu.ar/fisica/maestria/modulo2/eolica/eolo12002.pdf)

En ColombiaLos vientos en Colombia estn entre los mejores de Sudamrica. Regiones en donde se han investigado, como en el departamento de la Guajira, han sido clasificados vientos clase 7 (cerca de los 10 metros por segundo (m/s)). La nica otra regin con esta clasificacin en Latinoamrica es laPatagonia, ubicada enChileyArgentina.Colombia tiene un potencial estimado de energa elica de 21GW solamente en el departamento de la Guajira (lo suficiente para satisfacer casi dos veces la demanda nacional de energa). Sin embargo, el pas solamente ha instalado 19.5MW en energa elica, explotando 0.4% de su potencial terico. Esta capacidad la aprovecha principalmente el Parque de Jepirach, desarrollado porEmpresas Pblicas de Medelln (EPM)bajo Carbon Finance, un mecanismo anexado alBanco Mundial.4Tambin hay varios proyectos bajo consideracin, incluyendo un parque elico de 200MW en Ipapure.(Tomado de http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADas_renovables_en_Colombia)

3. MARCO TEORICO

3.1 LA ENERGA ELICA

La energa elica pertenece al conjunto de las energas renovables o tambin denominadas energas alternativas. La energa elica es el tipo de energa renovable ms extendida a nivel internacional por potencia instalada (Mw) y por energa generada (Gwh).

Es laenergaobtenida delviento, es decir, laenerga cinticagenerada por efecto de las corrientes de aire, y que es transmutada en otras formas tiles de energa para las actividades humanas.La energa elica es un recurso abundante,renovable, limpio y ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar termoelctricas a base de combustibles fsiles, lo que la convierte en un tipo deenerga verde. Su principal inconveniente es la intermitencia del viento.

3.1.1 Historia de la Energa Elica

La energa elica se ha utilizado histricamente para tareas mecnicas que requeran de mucho esfuerzo fsico, como era moler grano o elevar agua de pozos. En estos casos la energa final que se usaba era la energa mecnica, sin embargo, con el paso de los aos el objetivo que se buscaba era el de producir energa elctrica a partir del viento.

La energa elica es una de las formas de energa ms antiguas usadas por la humanidad. Desde el principio de los tiempos, los hombres utilizaban los molinos de viento para moler cereales o bombear agua. Con la llegada de la electricidad, a finales del siglo XIX los primeros aerogeneradores se basaron en la forma y el funcionamiento de los molinos de viento.

La generacin de energa elctrica a partir de energa elica tuvo lugar en Dinamarca hacia 1890, cuando se realizaron los primeros experimentos con aerogeneradores, llegando a producir hasta 200 kw (profesor La Cour).

Desde el ao 1995 hasta nuestros das hemos visto crecer exponencialmente la energa elica en todo el mundo, destacando los pases como Espaa, Dinamarca, Holanda y Alemania.

3.1.2 Futuro de la Energa Elica

Actualmente muchos pases cuentan con la energa elica como una fuente de energa primaria en pleno desarrollo. Los pases que destacan como futuros grandes generadores de energa elica son: China, India, Sudamrica y EE.UU. De hecho, China cuenta ya con grandes fabricantes de aerogeneradores que han conseguido tecnologas muy fiables. Una de las formas de energa elica ms conocida es la energa elica terrestre, ya que estamos familiarizados a ver aerogeneradores en tierra, sin embargo, la superficie del mar es tan extensa, y se presenta en ella el recurso elico ms abundante de la tierra, que se han desarrollado en los ltimos aos tecnologas para instalar aerogeneradores en el mar. Esta forma de energa elica se conoce como energa elica offshore o elica marina.

3.1.3 CLCULO DE LA ENERGA ELICALa energa elica es la energa cintica de las partculas de aire que se mueven con una velocidad v. Una superficie circular de radio r, die perpendicular a la direccin del viento, es atravesado durante un tiempo t por la siguiente masa de aire:

Por lo tanto, la energa cintica del aire es:

Hay que prestar atencin al dato de que la potencia elica depende del cubo de la velocidad del aire. Por lo tanto, la velocidad es el factor ms importante a la hora de calcula la energa elica.

3.2 ENERGA ELCTRICA Se denomina energa elctrica a la forma de energa que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente elctrica entre ambos cuando se los pone en contacto por medio de un conductor elctrico. La energa elctrica puede transformarse en muchas otras formas de energa, tales como la energa luminosa o luz, la energa mecnica y la energa trmica.

3.2.1 Corriente elctrica

La energa elctrica se manifiesta como corriente elctrica, es decir, como el movimiento de cargas elctricas negativas, o electrones, a travs de un cable conductor metlico como consecuencia de la diferencia de potencial que un generador est aplicando en sus extremos.

3.2.2 Fuentes de energa elctrica

La energa elctrica apenas existe libre en la Naturaleza de manera aprovechable. El ejemplo ms relevante y habitual de esta manifestacin son las tormentas elctricas. La electricidad tampoco tiene una utilidad biolgica directa para el ser humano, salvo en aplicaciones muy singulares, como pudiera ser el uso de corrientes en medicina (electroshock), resultando en cambio normalmente desagradable e incluso peligrosa, segn las circunstancias. Sin embargo es una de las ms utilizadas, una vez aplicada a procesos y aparatos de la ms diversa naturaleza, debido fundamentalmente a su limpieza y a la facilidad con la que se la genera, transporta y convierte en otras formas de energa. Para contrarrestar todas estas virtudes hay que resear la dificultad que presenta su almacenamiento directo en los aparatos llamados acumuladores. La generacin puede ir relacionada con la distribucin, salvo en el caso del autoconsumo.

3.2.3 Generacin de energa elctrica

Actualmente la energa elctrica se puede obtener de distintos medios, que se dividen principalmente en:

Renovables: Centrales termoelctricas solares Centrales solares fotovoltaicas Centrales elicas Centrales hidroelctricas Centrales geo-termoelctricas

No renovables: Centrales nucleares

Combustibles fsiles: Centrales de ciclo combinado (quemadores de gas natural) Centrales de turbo-gas Fallos comunes en el suministro de energa elctrico

3.2.4 Apagn elctrico

Un corte de energa se define como una condicin de tensin cero en la alimentacin elctrica que dura ms de dos ciclos (40 ms). Puede ser causado por el encendido de un interruptor, un problema en la instalacin del usuario, un fallo en la distribucin elctrica o un fallo de la red comercial. Esta condicin puede llevar a la prdida parcial o total de datos, corrupcin de archivos y dao del hardware.

3.2.5 Ruido elctrico

El ruido elctrico de lnea se define como la Interferencia de Radio Frecuencia (RFI) e Interferencia Electromagntica (EMI) y causa efectos indeseables en los circuitos electrnicos de los sistemas informticos.

Las fuentes del problema incluyen motores elctricos, rels, dispositivos de control de motores, transmisiones de radiodifusin, radiacin de microondas y tormentas elctricas distantes.

Los picos de alta tensin ocurren cuando hay repentinos incrementos de tensin en pocos microsegundos. Estos picos normalmente son el resultado de la cada cercana de un rayo, pero pueden existir otras causas tambin. Los efectos en sistemas electrnicos vulnerables pueden incluir desde prdidas de datos hasta deterioro de fuentes de alimentacin y tarjetas de circuito de los equipos. Son frecuentes los equipos averiados por esta causa.

3.2.6 Consumo de energa y eficiencia energtica

Los aparatos elctricos cuando estn funcionando generan un consumo de energa elctrica en funcin de la potencia que tengan y del tiempo que estn en funcionamiento. En Espaa, el consumo de energa elctrica se contabiliza mediante un dispositivo precintado que se instala en los accesos a la vivienda, denominado contador, y que cada dos meses revisa un empleado de la compaa suministradora de la electricidad anotando el consumo realizado en ese perodo. El kilovatio hora (kWh) es la unidad de energa en la que se factura normalmente el consumo domstico o industrial de electricidad. Equivale a la energa consumida por un aparato elctrico cuya potencia fuese un kilovatio (kW) y estuviese funcionando durante una hora.

3.3 INTEGRACION DE LA ENERGIA EOLICA EN LA RED ELECTRICA

Para que la energa elica se desarrolle en cualquier pas en ms de un 20% de la energa elctrica producida media a lo largo del ao, cada pas debe tener una red de energa elctrica avanzada, es decir, debe ser una red elctrica moderna que permita el almacenamiento de energa y que est bien equilibrada en todos los nodos elctricos del pas y que adems permita que pequeos generadores (como viviendas particulares) puedan participar en el sistema elctrico del pas.

Se est investigando para desarrollar la tecnologa necesaria para integrar la energa elica en la red de energa elctrica, lo cual supondra que la energa elica fuera la principal fuente de energa, dentro del consumo de energa primaria de un pas (actualmente lideran las energas fsiles).

3.4 TIPOS DE AEROGENERADORES

La mquina que hace posible que hoy en da se hable de energa elica como una fuente de energa, es el aerogenerador. stos han ido evolucionando para adaptarse a distintas necesidades a lo largo de los aos.

Los distintos aerogeneradores que existen son:

Aerogenerador de eje vertical: es el concepto original de aerogenerador dentro de la energa elica, ya que permite colocar el tren de potencia (multiplicadora, generador elctrico, etc) en la base del aerogenerador, facilitando as la instalacin de estos aerogeneradores. Las palas de este aerogenerador estn girando en un plano paralelo al suelo.

Aerogenerador de eje horizontal: es el concepto para producir energa elica que se ha implantado a lo largo de los aos. Consiste en colocar el tren de potencia en la parte superior junto al eje de giro de la turbina elica. Las palas de este aerogenerador estn girando en un plano perpendicular al suelo.

4.0 DESARROLLO DEL PROYECTO4.1 La energa elica

Para obtener los mejores resultados de este instructivo sobrecmo hacer energa elica casera, en primer lugar es conveniente preguntarnosqu es la energa elicaycmo funciona, as que repasemos algunos conceptos.Los generadores elicos, tambin llamadosgeneradores de viento, son utilizados para transformar laenerga cinticadel viento enenerga elctrica. Por lo tanto, la energa elica es la que se consigue a partir de la energa cintica generada por el viento.Se trata de unaenerga renovable, no produceCO2, no produce ningn tipo de contaminacin o residuo contaminante, se puede producir en cualquier espacio, es fcil de obtener y muchas otras cosas ms. Normalmente, los generadores estn compuestos por las partes que detallaremos a continuacin...

http://www.ojocientifico.com/2011/05/31/como-hacer-energia-eolica-casera

4.2 Cmo se realiza la produccin de energa elica?Corresponde al punto de base de todo el aerogenerador. La torre, es un mstil de muchos metros de largo, en algunos casos poseen hasta cien metros. En la parte superior de la torre, se encuentra la gndola, conectada al rotor, conformado por tres aspas que se mueven gracias a las masas de aire. Algo muy importante y fundamental de los aerogeneradores es que siempre deben poseer un transformador, para lograr que los mismos funcionen mediante electricidad. Dentro de la torre del aerogenerador, existen distintas partes que ayudan y complementan el trabajo de los mismos,teniendo en cuenta que esto representa una de las caractersticas ms destacadas de la produccin de energa elica. Una de las partes ms importantes son las escaleras que conectan cada piso de la torre con otro, constan de muchsimos escalones, un promedio de veinte escalones por piso. http://www.energiasolar.ws/generacion/produccion-energia-eolica.html

4.3 Produccin de energa elicaesta energa proviene de fuentes naturales como el sol y el viento sta ltimo es consecuencia del sol, ya que el calor que emite con sus rayos a la tierra y es el responsable de los cambios de presin y de temperatura, entonces se forman las nubes y se producen los vientos que adems tienen que ver en gran medida con el terreno, si es zona de montaa, de llanuras o praderas, o de zonas hmedas como las ribereas de los ros.Para la produccion de energia eolica se buscan lugares que fueron estudiados minuciosamente con anterioridad,para la generacin de la energa elica, generalmente son lugares alejados de las ciudades, como puede ser un valle o zonas de alta montaa, o las llanuras en dnde la potencia del viento es mayor, para poder efectuar la produccin de energa elica. http://www.energiasolar.ws/generacion/produccion-energia-eolica.html

4.4 Los generadores de vientoEl principio es bastante simple. Tan slo imagnate un gran ventilador que en vez de utilizar electricidad para producir viento, funciona de la manera opuesta, es decir: el viento hace que su rotor gire y esta rotacin es utilizada para generar energa elctrica.http://www.ojocientifico.com/2011/05/31/como-hacer-energia-eolica-casera

4.5 Partes de un generador elicoLos generadores estn compuestos por un rotor, que incluye hojas utilizadas para convertir la energa del vientoen rotacin de baja velocidad. Un generador, que incluye el generador elctrico, algunos controles electrnicos y una caja de cambios para convertir la rotacin de baja velocidad en rotacin de alta velocidad y tambin tienen una estructura de soporte.La estructura de soporte se incluye en la torre y dependiendo del tamao, tambin pueden tener un mecanismo de viraje. http://www.ojocientifico.com/2011/05/31/como-hacer-energia-eolica-casera

4.6 Funcionamiento de un aerogeneradorEl aerogenerador consta de varias partes un esquema general de cmo funciona el aerogenerador esta dado por la siguiente figura:

Palas del rotor:Es donde se produce el movimiento rotatorio debido al viento.Eje:Encargado de transmitir el movimiento rotatorio.Caja de engranajes o Multiplicadores:Encargados de cambiar la frecuencia de giro del eje a otra menor o mayor segn dependa el caso para entregarle al generador una frecuencia apropiada para que este funcione.Generador: Es donde el movimiento mecnico del rotor se transforma en energa elctrica.Adems de estos componentes bsicos se requieren otros componentes para el funcionamiento eficiente y correcto del aerogenerador en base a la calidad de servicio de la energa elctrica, alguno de ellos son:Controlador electrnico: que permite el control de la correcta orientacin de las palas del rotor, tambin en caso de cualquier contingencia como sobrecalentamiento del aerogenerador lo para.Unidad de refrigeracin: Encargada de mantener al generador a una temperatura prudente.Anemmetro y la Veleta: Cuya funcin estn dedicadas a calcular la velocidad del viento y la direccin de este respectivamente.Estn conectadas al controlador electrnico quien procesa estas seales adecuadamente.http://web.ing.puc.cl/power/alumno03/alternativa.htm#_Que_es_la_energa_eolica?4.7 Generacin de la electricidad en los aerogeneradoresLosaerogeneradorespueden producir energa elctrica de dos formas: enconexin directa a la redde distribucin convencional o deforma aislada.Lasaplicaciones aisladaspor medio de pequea o mediana potencia se utilizan para usos domsticos o agrcolas (iluminacin, pequeos electrodomsticos, bombeo, irrigacin, etc.), Incluso en instalaciones Industriales para desalacin, repetidores aislados de telefona, TV, instalaciones tursticas y deportivas, etc. Se acumula la electricidad en bateras de acumulacin.Tambin se utilizanaerogeneradoresde gran potencia en instalaciones aisladas: desalinizacin de agua marina, produccin de hidrgeno, etc.Laconexin directa a la redviene representada por la utilizacin deaerogeneradoresde potencias grandes (ms de 10 100 kW). Estos autogeneradores se ubican en los parques elicos.

Los avances en la aerodinmica han incrementado el rendimiento de losaerogeneradoresdel 10 hasta el 45%. En adecuados emplazamientos, con vientos medios anuales superiores a los 5 m/s a 10 metros de altura, se consiguen producciones elctricas anuales por metro cuadrado de rea barrida superiores a los 1.000 kW/h.El tamao medio de los grandesaerogeneradoreses de 600-1.300 kW con rotores de 40 metros de dimetro. Existe una tendencia generalizada hacia las mquinas tripala, que representan ms del 80% de los aerogeneradores instalados.Los nuevos diseos buscan, asimismo, la reduccin del impacto visual y la disminucin del ruido aerodinmico.http://www.voltimum.es/cm.jsp?cat=21&subcat=0&action=view&viewmode=details&brand=&cmid=7550&universe=manufacturer.articuloseolica.energiaeolica&pagenumber=24.8 Control de potencia en los aerogeneradoresPitch controlledTambin llamados por regulacin de ngulo de paso, el controlador electrnico lleva un registro de las potencias entregadas por el aerogenerador, si la potencia entregada pasase un valor nominal el controlador hace que el ngulo por donde se recibe el viento cambie de posicin lo que hace que cambie el rea efectiva por donde pasa el viento y por lo tanto disminuye su potencia absorbida, en el caso que la potencia recibida es muy chica se hace el procedimiento contrarioStall controlledDenominados tambin regulados por perdida de aerodinmica, las palas del rotor estn fijas al eje, las palas del rotor han sido aerodinmicamente diseadas de tal manera que a medida que aumenta la velocidad del viento se produce paridad de potencia por turbulencias y as se regula la potencia generada.Por aleronesEsta tcnica consiste en cambiar la geometra de las palas del rotor, sin embargo esto produce fuerzas que pueden daar la estructura, por lo tanto es sola usada en generadores de baja potencia.http://web.ing.puc.cl/power/alumno03/alternativa.htm#_Que_es_la_energa_eolica?

4.9 Factores que influyen en la cantidad de potencia del viento

La energa elica es aprovechada por nosotros bsicamente por un sistema de un rotor que gira a medida que pasa viento por este.

La potencia del viento depende principalmente de 3 factores:rea por donde pasa el viento (rotor)Densidad del aireVelocidad del vientoPara calcular la formula de potencia del viento se debe considerar el flujo msico del viento que va dado por:Densidad del vientorea por donde pasa el vientoVelocidad del vientoEntonces el flujo masico viene dado por la siguiente expresin:

Entonces la potencia debido a la energa cintica esta dada por:

http://web.ing.puc.cl/power/alumno03/alternativa.htm#_Que_es_la_energa_eolica?4.10 Comparacin entre las potencias

El grafico muestra las potencias del viento, la extrada por el rotor y la potencia transformada a electricidad.La extrada por el rotor esta limitada por la ley de Betz y la transformada a electricidad esta limitada por la eficiencia del generador.Como la potencia entregada dada por el generador elico depende de la velocidad del viento la eficiencia va ha depender tambin de la velocidad del viento registrndose eficiencias mximas del orden de 44%Hay que tener adems bien en claro que para la lograr una eficiencia alta como la que sale aqu es necesario muchos gastos que aumentaran el costo de producir un Kw. mas, por lo tanto mxima eficiencia no implica menor costo de generacin.http://web.ing.puc.cl/power/alumno03/alternativa.htm#_Que_es_la_energa_eolica?

4.11 Algunas consideraciones con respecto al vientoComo la mayora de las personas saben el viento no siempre se mantiene constante en direccin y valor de magnitud, es ms bien una variable aleatoria, algunos modelos han determinado que el viento es una variable aleatoria con distribucin weibull como la que muestra la siguiente figura

Dado que la energa del viento depende la velocidad del viento, Cual seria la energa potenciaque entrega el viento?Para calcular la potencia promedio que esaprovechadapor el rotor debemos usar la llamada ley de Betz que es demostrada de la siguiente manera:

Supongamos que la velocidad a la que entra el viento al tubo de corriente es de valor V1 y a la velocidad que sale es de V2, podemos suponer que la velocidad a la que el viento entra al aerogenerador es de (V1+V2)/2.El flujo msico que entra al rotor entonces tiene valor de:

Dado que en tubo de corriente se debe conservar la potencia, la potencia que entra a velocidad V1 tiene que ser igual a la suma de la potencia que sale a velocidad V2 y la que se va por el rotor.Entonces la potencia que se va por el rotor es:Protor= Y remplazando la masa nos queda:P=(/4)(v12-v22)(v1+v2)A

La potencia que lleva el viento antes de llegar al rotor viene dado por:P0=(/2)v13AAhora si la comparamos con la potencia que lleva el viento nos da la siguiente grafica:

Cuyo mximo viene dado por 0.59 aproximadamente, es decir la mxima potencia que se puede extraer del viento es de0.59 veces esta potencia.http://web.ing.puc.cl/power/alumno03/alternativa.htm#_Que_es_la_energa_eolica?

4.12 Beneficios Los beneficios de construir un generador deenerga elicason muchsimos: en primer y ms importante lugar, estars haciendo la diferencia en la lucha contra el calentamiento global; tus tarifas de electricidad bajarn su valor o, en algunos casos, sern eliminadas; si eres talentoso en proyectos como este, incluso hasta podras llegar a hacer algunos generadores para venderlos y toda la experiencia ser realmente gratificante.http://www.ojocientifico.com/2011/05/31/como-hacer-energia-eolica-casera5. DESARROLLO DEL PROYECTO

La energa elica es la energa obtenida por el movimiento del viento, que hace girar aspas de los molinos. Estos mediante un sistema de engranaje multiplican enormemente la velocidad del giro de un generador elctrico. UtilidadLa energa obtenida de los aerogeneradores de gran potencia, y los parques elicos puede ser utilizada1. Calefaccin1. Refrigeracin1. Calentamiento de agua1. Alumbrado y diversos usos elctricos en reas apartadas, especialmente de viviendas rurales1. Alimentar sistemas de telecomunicacionesBombeos de agua (Por una parte se utilizan para sacar agua de los pozos un tipo de elicas llamados aerobombas)FUNCIONAMIENTO

Los aerogeneradores o turbinas elicas producen electricidad utilizando la fuerza natural del viento para mover un generador elctrico.Casi todos los aerogeneradores que producen electricidad constan de un rotor con palas o aspas que giran alrededor de un eje horizontal. ste est unido a un conjunto de transmisin mecnica o multiplicadora y, finalmente, a un generador elctrico, ubicados ambos en la barquilla suspendida en lo alto de la torre.Los principales componentes de un aerogenerador son: rotores, 3 palas en el rotor (casi todos ellos), palas fabricadas en fibra de vidrio con refuerzo de polister o epoxi, funcionamiento con velocidades de rotor constantes o variables, control de potencia automtico segn velocidad de viento, con parada a muy altas velocidades (seguridad mecnica): a travs del ngulo de la pala (pitch) o de su propia aerodinmica (stall), utilizacin mayoritaria de multiplicadoras y, en algunos casos, de transmisin directa eje-generador, orientacin automtica siguiendo la direccin variable del viento (sensores para monitorizacin), torres tubulares fabricadas en acero y generalmente pintadas de gris claro.

El dimetro de la turbina el parmetro crucial: a mayor longitud de pala, mayor rea barrida y mayor energa producida.La energa producida por un aerogenerador vara en funcin del potencial propio del emplazamiento (funcin cbica de la velocidad de viento), de la disponibilidad de la propia mquina (capacidad de operar en presencia de viento: tpicamente por encima del 98%) y de la disposicin de las mquinas en el parque (efecto estela: negativo de unas sobre otras).Adems de los parques elicos onshore, se construyen parques elicos en el mar (offshore), a varios kilmetros de la costa, con el objeto de minimizar su impacto medioambiental (impacto visual) y, sobre todo, de aprovechar las mejores condiciones de viento al desaparecer el efecto negativo del relieve. En estas instalaciones se instalan mquinas de mucha mayor potencia, que las de onshore.

6. PROCESO EXPERIMENTAL

Maqueta de turbina elica

Materiales

Un Generador elctrico este debe de ser un tamao pequeo Una hlice a escala para ponerlo en el generador Una base para el generador elctrico Cable de doble polaridad su identificacin es porque son de dos colores diferentes Un foco con base Un cautn y soldadura

Paso a paso ejecutado en el desarrollo

Descripcin Registro Fotogrfico

Primero se coloca la base del tubo a una madera para soportar el generador.

Luego se le abre unos huecos al tubo para unir el generador con el tubo que es el soporte, y limamos la rebaba de los huecos.

Luego pasamos unos alambres que nos va a servir para tener al generador con el pedestal.

Luego amarramos el pedestal con el generador para que no se nos vaya a soltar

Luego soldamos los cables con las terminales del generador con ayuda del generador.

Luego vamos a instalar la elice para el generador

Luego le hacemos prueba a la elice para ver que no se le suelte al generador y listos para seguir armando la maqueta con las dems cosas a agregar.

RESULTADOS ESPERADOS

Para nosotros como estudiantes, el poder desarrollar un tipo de proyecto como este fue muy interesante, ya que pusimos a prueba nuestro ingenio y capacidad para solucionar los inconvenientes que se presentan a lo largo de la elaboracin de un trabajo como este.

Lo que queremos lograr con este proyecto, es exponer a la comunidad educativa, cmo la Fsica en general nos brinda infinidad de herramientas, aplicables a nuestra vida cotidiana, con el nico propsito de contribuir al desarrollo de nuestra sociedad en muchos aspectos.

Finalmente basndonos en uno de los pilares de nuestra universidad, queremos ilustrar como la transformacin de la Energa Elica a Energa Elctrica, resulta algo muy beneficioso para la sociedad y por sobre todo para la conservacin y cuidado del medio ambiente.

7. CONCLUSIONES

1. En la elaboracin de este proyecto es notoria la aplicacin de la fsica mecnica en cualquier campo que se quiera desarrollar, en este caso la transformacin de energa y sus clases, la generacin de energa elctrica con energas renovables y limpias. 2. El aprovechamiento y el adecuado uso de los diferentes tipos de energa existentes en nuestro planeta, a contribuido significativamente, al desarrollo de nuestra sociedad y al mejoramiento de la calidad de vida del hombre, por tal razn consideramos importante tener al menos un poco de informacin de los diferentes mecanismos utilizados para la transformacin de la energa.

5. BSQUEDA BIBLIOGRFICA

http://www.economiadelaenergia.com/ http://es.wikipedia.org/wiki/Energiaelectrica

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