Aerogen Casero

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  • Especificacin tcnica para la rplica en la UPC de un aerogenerador de baja potencia Pg. 1

    Resumen

    Este proyecto se enmarca en un convenio de colaboracin entre ITDG (Intermediate

    Technologies Development Group) y la UPC. El objetivo de este proyecto es la introduccin en

    la UPC de conocimientos acerca del funcionamiento y composicin de un aerogenerador de

    baja potencia (IT-100), y la determinacin de los aspectos ms relevantes a desarrollar en

    futuros estudios de continuidad del presente proyecto, que permitan optimizar el funcionamiento

    de este tipo de mecanismos.

    Para contribuir a la ampliacin de conocimientos se ha estudiado el comportamiento

    mecnico y elctrico del aerogenerador. El estudio mecnico se basa fundamentalmente en el

    anlisis del funcionamiento del sistema de proteccin del aerogenerador en funcin del viento y

    de los parmetros dimensionales del mecanismo, mientras que el estudio elctrico consiste en

    la determinacin terica de la potencia elctrica entregada en funcin de la velocidad del viento.

    Se incluye un manual completamente detallado de construccin manufacturada del

    aerogenerador. Este enfoque constructivo se plasma tambin en un listado preciso de todos los

    materiales necesarios para la construccin y montaje de los diferentes elementos que

    componen el aerogenerador, as como un listado completo de los materiales necesarios para

    manufacturar los moldes y plantillas que requiere la construccin del aerogenerador descrito.

    Adems se ha incluido un estudio del coste econmico y un estudio del coste energtico

    derivado de la construccin ntegra del aerogenerador, que permite analizar ms objetivamente

    la viabilidad de construir ms aerogeneradores de este tipo en el futuro.

    Tras los estudios realizados, se puede afirmar que el coste econmico de construccin

    casera (sin tener en cuenta la mano de obra) del aerogenerador es bajo, y a nivel energtico, es

    viable, ya que en un periodo muy reducido, en comparacin a la vida til del aerogenerador, se

    recupera la energa consumida en la construccin, emplazando el aerogenerador en una zona

    de vientos bajos.

  • Pg. 2 Memoria

  • Especificacin tcnica para la rplica en la UPC de un aerogenerador de baja potencia Pg. 3

    Sumario

    SUMARIO ____________________________________________________3

    1. INTRODUCCIN __________________________________________7

    2. ANTECEDENTES__________________________________________9 2.1. Dificultades de acceso a la energa............................................................. 9

    2.1.1. Precio de la electricidad.......................................................................................11 2.1.2. Alternativas energticas.......................................................................................11 2.1.3. Dependencia de la biomasa................................................................................12

    2.2. El papel de la energa .................................................................................. 14 2.2.1. En el desarrollo ....................................................................................................14 2.2.2. La lista de objetivos del milenio de la ONU para el 2015 ...................................16 2.2.3. Importancia de la energa en el cumplimiento de los objetivos de desarrollo del

    milenio de la ONU................................................................................................19 2.2.4. Papel especfico de la energa elctrica en ambos aspectos ............................22

    2.3. La alternativa de la elica de baja potencia ............................................. 22 2.3.1. Uso del aerogenerador de baja potencia............................................................24 2.3.2. Ejemplos de uso del aerogenerador de baja potencia .......................................26

    3. DESCRIPCIN DEL AEROGENERADOR _____________________31 3.1. El generador de imanes permanentes (PMG) .......................................... 32

    3.1.1. Estator ..................................................................................................................33 3.1.2. Rotores magnticos.............................................................................................33 3.1.3. El buje...................................................................................................................35 3.1.4. El eje.....................................................................................................................36 3.1.5. El montaje elctrico..............................................................................................36

    3.2. El rotor elico............................................................................................... 40 3.2.1. Introduccin..........................................................................................................40 3.2.2. Rotor elico del IT-100.........................................................................................43 3.2.3. Las palas ..............................................................................................................43 3.2.4. Los discos del rotor..............................................................................................46

    3.3. La montura del aerogenerador .................................................................. 47 3.3.1. Montura del buje ..................................................................................................48 3.3.2. Soportes del estator.............................................................................................49 3.3.3. Tubo de viraje ......................................................................................................49 3.3.4. Parte interna de la bisagra de la cola..................................................................50

    3.4. Cola del aerogenerador .............................................................................. 50 3.4.1. Cola ......................................................................................................................50 3.4.2. Veleta ...................................................................................................................51

  • Pg. 4 Memoria

    3.5. La estructura (torre) .................................................................................... 52 3.6. Ensamblaje del conjunto mecnico .......................................................... 53

    4. MATERIALES Y PESO DEL AEROGENERADOR _______________55

    5. ESTUDIO ELCTRICO DEL AEROGENERADOR _______________59 5.1. Introduccin ................................................................................................. 59 5.2. Resumen del estudio de ITDG-CONCYTEC-UNI...................................... 60

    5.2.1. Pruebas con el motor Shunt................................................................................61 5.2.2. Estudio del generador con imanes permanentes de Neodimio .........................61 5.2.3. Estudio del aerogenerador de imanes permanentes de neodimio ....................62

    5.3. Clculo terico de la tensin en el generador de Neodimio .................. 64 5.3.1. Clculo terico de la tensin eficaz inducida en una bobina..............................64 5.3.2. Clculo terico de la tensin de salida del generador........................................69 5.3.3. Clculo de la tensin de salida del rectificador...................................................74

    5.4. Caracterizacin del Aerogenerador .......................................................... 75 5.4.1. Relacin del coeficiente de potencia y el parmetro lambda.............................75 5.4.2. Circuito interno de la batera................................................................................78 5.4.3. Explicacin de funcionamiento de la hoja Excel.................................................80 5.4.4. Conclusiones .......................................................................................................82

    6. ESTUDIO MECNICO DEL AEROGENERADOR________________83 6.1. Definicin del sistema mecnico............................................................... 83 6.2. Metodologa.................................................................................................. 88

    6.2.1. Balance de fuerzas sobre la cola, en la base III: ................................................89 6.2.2. Balance de fuerzas y momentos sobre el sistema completo, en la base 0: ......92 6.2.3. Resultados ...........................................................................................................94

    7. ESTUDIO DE VIABILIDAD ENERGTICA _____________________97 7.1. Energa necesaria para la construccin del aerogenerador .................. 97

    7.1.1. Energa incorporada a los materiales .................................................................97 7.1.2. Consumo total de energa .................................................................................100

    7.2. Energa generada por el aerogenerador................................................. 101 7.2.1. Estimacin de la potencia elctrica media anual..............................................101

    7.3. Conclusiones ............................................................................................. 103 7.3.1. Clculo del tiempo de retorno energtico .........................................................103

    8. ESTUDIO MEDIO AMBIENTAL Y SOCIAL ____________________105 8.1. El impacto ambiental de la energa elica.............................................. 105

    8.1.1. Ahorro de emisiones....................................................................................