Cargador de baterias para aerogenerador Savonius de+baterías+para... · Para la generación de energía

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  • Cargador de baterias para aerogenerador Savonius helicoidal

    TITULACI: Ingeniera Tcnica Industrial en Electrnica Industrial

    AUTOR: Vicente Pichardo Calbet

    DIRECTOR: Hugo Valderrama Blavi

    Junio de 2010

  • ndice 1 Memoria descriptiva...........................................................................................1

    1.1 Objeto del proyecto.......................................................................................2 1.2 Alcance...........................................................................................................2 1.3 Teora general aerogeneradores..................................................................3

    1.3.1 Aerogeneradores de eje vertical...................................................3 1.3.2 Conceptos tericos generales.......................................................9 1.3.3 Caractersticas del emplazamiento y meteorologa...................12 1.3.4 Sistemas de corriente continua..................................................14 1.3.5 Sistemas de corriente alterna.....................................................17

    1.3.5.1 Generadores sncronos...................................................17 1.3.5.2 Generadores asncronos.................................................20

    1.4 Referencias bibliogrficas..........................................................................21 1.4.1 Bibliografa.................................................................................21

    1.5 Anlisis de soluciones y resultados finales................................................22 1.5.1 Construccin de la hlice............................................................22 1.5.2 Eleccin del generador...............................................................25 1.5.3 El punto de mxima potencia en un motor de continua............26 1.5.4 Conexin mediante etapa de adaptacin....................................27 1.5.5 Materiales utilizados para la fabricacin de las palas...............28 1.5.6 Sistemas de transmisin..............................................................30 1.5.7 Diseo del convertidor SEPIC....................................................32 1.5.8 Control en modo deslizamiento..................................................36 1.5.9 Diseo del controlador MPPT....................................................37 1.5.10 Algoritmo de control del MPPT..................................................37

    1.6 Descripcin del montaje del prototipo......................................................40 1.6.1 Elaboracin del chasis de la hlice...........................................40 1.6.2 Enfibrado de la hlice................................................................41 1.6.3 Lijado y pintado..........................................................................42 1.6.4 Montaje final de la hlice en la estructura de soporte.............42 1.6.5 Elaboracin y montaje de las placas de circuito impreso.........44 1.6.6 Montaje de la batera..................................................................46

    1.7 Puesta en marcha y funcionamiento..........................................................47 1.8 Planificacin y programacin.....................................................................47 1.9 Orden de prioridad entre los documentos.................................................47

    I

  • 2 Memoria de clculo...............................................................................49 2.1 Potencia terica producida por el prototipo..............................................50 2.2 Clculos para el sensor de tensin..............................................................51 2.3 Clculos para el sensor de corriente..........................................................52 2.4 Perfil de carga de la batera........................................................................53 2.5 Medidas experimentales obtenidas con el convertidor SEPIC................55 2.6 Medidas experimentales tomadas con el controlador MPPT..................62

    3 Planos y esquemas..............................................................................................64 3.1 Situacin.......................................................................................................65 3.2 Emplazamiento.............................................................................................66 3.3 Planta, alzado y perfil del prototipo...........................................................67 3.4 Esquema del convertidor SEPIC................................................................68 3.5 Esquema del controlador MPPT................................................................69

    4 Presupuesto...........................................................................................................70 4.1 Presupuesto...................................................................................................71

    4.1.1 Capitulo 1 Aerogenerador de eje vertical...................................71 4.1.2 Capitulo 2 Convertidor SEPIC...................................................72 4.1.3 Capitulo 3 Controlador MPPT...................................................74

    4.2 Precios unitarios...........................................................................................76 4.2.1 Capitulo 1 Aerogenerador de eje vertical...................................76 4.2.2 Capitulo 2 Convertidor SEPIC...................................................77 4.2.3 Capitulo 3 Controlador MPPT...................................................79

    4.3 Resumen del presupuesto............................................................................81 5 Pliego de condiciones.........................................................................................82

    5.1 Disposiciones preeliminares........................................................................83 5.2 Disposiciones legales y normas aplicadas..................................................84 5.3 Medidas de prevencin y proteccin..........................................................85 5.4 Condicionantes de materiales y equipos....................................................87 5.5 Ejecucin del montaje del prototipo..........................................................88 5.6 Disposiciones finales....................................................................................90

    6 Anexos....................................................................................................91 6.1 Cdigo en C del algoritmo del MPPT para el PIC18F2220...................92

    II

  • ndice de Figuras

    Figura 1.3.1 Aerogenerador Darrieus de dos palas........................................................4 Figura 1.3.2 Aerogenerador Darrieus de tres palas con Savonius de arranque.............5 Figura 1.3.3 Aerogenerador tipo Giromill.....................................................................6 Figura 1.3.4 Aerogenerador tipo Savonius....................................................................6 Figura 1.3.5 Sistema de fuerzas en un rotor del tipo Savonius......................................7 Figura 1.3.6 Aerogenerador Savonius triple..................................................................7 Figura 1.3.7 Detalle de una turbina Savonius Helicoidal..............................................8 Figura 1.3.8 Rendimiento respecto al limite de Betz...................................................10 Figura 1.3.9 Mapa elico Europeo...............................................................................13 Figura 1.3.10 Detalle del principio de funcionamiento de un motor DC.......................14 Figura 1.3.11 Generador sncrono conectado a una red DC...........................................15 Figura 1.3.12 Generador de imn permanente conectado a una red DC........................15 Figura 1.3.13 Rotor del alternador E-112.......................................................................16 Figura 1.3.14 Generador sncrono conectado a red........................................................17 Figura 1.3.15 Generador sncrono con etapa rectificadora e inversora..........................18 Figura 1.3.16 Generador sncrono de mltiples polos con etapa de rectificacin e

    inversin...................................................................................................19 Figura 1.3.17 Generador asncrono conectado a red, mediante un ciclo-conversor...... 20 Figura 1.5.1 Aerogenerador Savonius..........................................................................22 Figura 1.5.2 Detalle del mecanismo de brazo telescpico para el rotor Giromill........23 Figura 1.5.3 Algunos de los perfiles NACA utilizados en aeronutica........................23 Figura 1.5.4 Angulo de ataque de un perfil alar...........................................................24 Figura 1.5.5 Curva caracterstica Par-Velocidad de un motor de corriente continua...26 Figura 1.5.6 Curvas caractersticas Par-Velocidad para diferentes cargas...................26 Figura 1.5.7 Conexin mediante etapa de adaptacin..................................................27 Figura 1.5.8 Representacin de un LFR por H.Valderrama-Blavi en el articulo

    AC-LFR concept applied to modular photovoltaic power chains............27 Figura 1.5.9 Soluciones constructivas para la fabricacin de las palas........................28 Figura 1.5.10 Estructura tpica del convertidor SEPIC..................................................32 Figura 1.5.11 Circuito equivalente durante Ton.............................................................33 Figura 1.5.12 Circuito equivalente durante Toff............................................................34 Figura 1.5.13 Graficas de tensin y corriente en la bobina............................................35 Figura 1.5.14 Diagrama de bloques de