Embed Size (px)
Citation preview
CONSTRUCCIÓ DE LA MAQUETA D’UN
AEROGENERADOR
ALUMNE: ALBERT SOLER ESCOBAR 2N BAT A TUTOR: CAMBREDÓ, MARIO INSTITUT GUILLEM DE BERGUEDÀ 03/NOVEMBRE/2017
“Hi ha una força motriu més poderosa que el vapor, l’electricitat i l’energia atòmica:
la voluntat” - Albert Einstein
ÍNDEX
1. RESUM. .................................................................................................................................3
2. ABSTRACT. ............................................................................................................................3
3. INTRODUCCIÓ. .....................................................................................................................5
3.1. HIPÒTESI. ...........................................................................................................................5
3.2. OBJECTIUS. ........................................................................................................................5
3.3. MOTIVACIONS. ..................................................................................................................6
3.4. METODOLOGIA. .................................................................................................................6
4. MARC TEÒRIC. ......................................................................................................................9
4.1. LES ENERGIES. ...................................................................................................................9
4.2. FONTS D'ENERGIA RENOVABLES. ......................................................................................9
4.2.1. L'ENERGIA EÒLICA. ...................................................................................................10
4.3. ELS AEROGENERADORS. ..................................................................................................13
4.4. TIPUS D’AEROGENERADORS. ...........................................................................................16
4.5. PARTS DELS AEROGENERADORS......................................................................................18
4.6. CÀLCUL DE LA POTÈNCIA D’UN AEROGENERADOR. ........................................................21
5. DISSENY. .............................................................................................................................25
5.1. CONSIDERACIONS PRÈVIES. .............................................................................................25
5.2. PERQUÈ UN AEROGENERADOR D’EIX VERTICAL? ............................................................25
5.3. PRIMER ESBÓS. ................................................................................................................27
5.4. PLÀNOL FINAL DE LA MAQUETA. .....................................................................................28
6. CONSTRUCCIÓ. ...................................................................................................................29
6.1. PROCÉS DE CONSTRUCCIÓ. .............................................................................................29
6.1.1. PALES I ROTOR. .........................................................................................................29
6.1.2. ESTRUCTURA. ...........................................................................................................34
6.1.3. ELEMENTS DE TRANSMISSIÓ, ALTERNADOR I APARELLS ANALÍTICS.........................38
6.2. MATERIALS I EINES NECESSARIS. .....................................................................................41
6.3. PRESSUPOST. ...................................................................................................................44
7. CONCLUSIONS. ...................................................................................................................45
7.1. RESULTATS OBTINGUTS. ..................................................................................................45
7.2. PROBLEMES TROBATS, ERRORS I POSSIBLES SOLUCIONS. ...............................................47
7.3. VALORACIÓ PERSONAL. ...................................................................................................47
8. BIBLIOGRAFIA. ....................................................................................................................49
pàg. 3
1. RESUM.
Aquest treball de recerca de la maqueta d’un aerogenerador esta constituït principalment
per quatre parts fonamentals.
En l’inici del projecte s’expliquen els motius per als quals es va triar aquesta temàtica i
quines eren les metes a assolir abans de començar amb la recerca. Seguidament
s’exposa un marc teòric on hi ha present tota la informació necessària per conèixer i
aprofundir en el món de l’energia eòlica i els aerogeneradors, i per tant on hi ha tota la
informació necessària per entendre el projecte. En la tercera part del treball s’explica
d’una manera extensa tota la construcció de la maqueta a nivell pràctic. I finalment en
l’última part del treball s’exposen els resultats i les conclusions finals del projecte.
2. ABSTRACT.
This research project is based on the model of a wind turbine that is constituted by four
fundamental parts.
At the beginning of the project I explain the reasons why this topic was chosen and
before starting the search, I chose what the goals to achieve were. After that, there is a
theoretical framework where there is all the information necessary to know and
understand the world of wind power and wind turbines, so where we can find all the
information necessary to understand the project. In the third part of the project, it is
explained in an extensive way, the whole construction of the model in a practical level.
And finally, in the last part of the project the results and the final conclusions of the
project are shown.
pàg. 4
pàg. 5
3. INTRODUCCIÓ.
3.1. HIPÒTESI.
És possible generar corrent elèctric a partir de la maqueta d’un aerogenerador construïda
manualment?
3.2. OBJECTIUS.
En aquest projecte l’objectiu principal és aconseguir el disseny d’una turbina domèstica
per a demostrar que es pot generar corrent elèctric mitjançant la maqueta d’un
aerogenerador domèstic construïda manualment.
La part pràctica d'aquest projecte està basada en la creació manual de la maqueta d'un
aerogenerador d'eix vertical del tipus "Savonius", capaç de generar corrent elèctric.
La creació d'aquest projecte busca potenciar l'ús de les energies renovables, no només
en l'àmbit industrial sinó sobretot també en l'àmbit social i domèstic. Particularment,
busca potenciar l'energia eòlica, aprofitant així un recurs natural net, renovable i
respectuós amb el medi ambient.
Per tant, com que un dels objectius és fomentar les energies renovables sent així més
respectuosos amb el medi ambient i la societat, un altre dels principals objectius és
aconseguir construir la maqueta amb el màxim nombre de materials reutilitzats, per ser
així encara més respectuosos.
Un altre objectiu remarcable d'aquest treball és aprendre tècniques de taller i
d'utilització d'eines que permetin la construcció de la maqueta.
pàg. 6
3.3. MOTIVACIONS.
Vaig prendre la decisió de realitzar aquest projecte en veure que seria un treball amb un
gran pes en la part pràctica. Una part pràctica que no requereix una excessiva recerca
d'informació, a diferència de treballs de recerca d'altres àmbits, sinó que és una part
pràctica més creativa on tu realitzes el teu propi projecte, que és una representació de la
teva imaginació i creativitat. En el meu cas, valoro que en un projecte de recerca la part
imaginativa i creativa té la mateixa importància que la pròpia recerca d'informació i
conceptes, que també és fonamental. A més a més, realitzar un treball de recerca en
l’àmbit tecnològic em pot impulsar positivament de cara a estudis universitaris
interessants per mi.
El fet d'agradar-me la mecànica, l'experimentació i la manipulació de materials en
general, penso que també va ser un aspecte que em va impulsar a l'hora de decantar-me
a fer aquest projecte.
L'interès per les energies renovables, em va sorgir durant el primer curs de Batxillerat,
on en diverses ocasions vam realitzar petits projectes de recerca d'informació per
internet per a aprofundir en el coneixement de les energies renovables. En el meu cas
em va semblar que l'energia eòlica era una de les energies més simples que ens ofereix
la natura, i per tant en aquest projecte n'he volgut realitzar un estudi més profund.
És cert que no és un projecte senzill, ni la construcció de la maqueta ni alguns aspectes
de la part teòrica i de recerca, però em vaig dir "Per què no? M'agrada muntar coses i tot
allò relacionat amb l'àmbit tecnològic". De manera que em vaig decidir a dur a terme
aquest projecte.
3.4. METODOLOGIA.
Abans de decidir definitivament que portaria a terme aquest projecte, era necessari
realitzar una reflexió sobre la viabilitat de realitzar el present treball, les possibilitats
que hi havia de complir els objectius i si era possible arribar a construir la maqueta d'un
pàg. 7
aerogenerador amb totes les garanties. Després de parlar amb el professor de tecnologia
i valorar-ho més d'una vegada, vam decidir que amb les meves capacitats, esforç i hores
de treball, seria possible arribar a construir un aerogenerador domèstic capaç de generar
corrent elèctric.
Un cop pressa la decisió, calia iniciar el projecte. Però abans de començar a realitzar res,
era necessari pensar un esquema mental del projecte, quin objectiu tenia, com havia de
complir-lo i com podia fer-ho. A partir d'aquí va sorgir una pluja d'idees, de la qual en
vaig extreure una idea principal per poder començar.
Després de tenir la seguretat del que volia fer, vaig iniciar el treball amb una recerca
intensa de les energies renovables presents en el nostre planeta, tot i que la meva
intenció era que aquesta part del treball tingués un to introductori abans d’endinsar-me
en el món l'energia eòlica. A continuació vaig detallar l'energia eòlica i ja vaig introduir
els aerogeneradors, que són l'aspecte més important de la part teòrica del projecte. Per
explicar els aerogeneradors, es va fer una recerca intensa del seu funcionament, les
seves característiques i de tots els tipus que existeixen, com també una investigació de
l'energia elèctrica i potència que generen.
Paral·lelament a la redacció de la part teòrica del projecte, vaig començar a construir la
maqueta. Vaig voler dividir la part pràctica en tres parts o blocs, en la primera part,
tenia la intenció de construir el rotor, en la segona volia construir l'estructura i unir el
rotor, l'eix i l'estructura en si. I finalment volia tancar la part pràctica amb els aspectes
de transmissió d'energies i la generació de corrent elèctric.
A continuació, per començar a tancar el projecte, vaig iniciar la redacció de tot l'informe
del procediment de la construcció de l'aerogenerador, mentre acabava els últims
aspectes de la maqueta.
Finalment, amb tot l'informe de recerca i la maqueta acabats, vaig procedir a la
valoració del treball i les seves conclusions.
pàg. 8
pàg. 9
4. MARC TEÒRIC.
4.1. LES ENERGIES.
L'energia és una magnitud física que es pot presentar sota diferents formes: mecànica,
calorífica, elèctrica, lluminosa, química, nuclear, etc. Algunes formes d'energia es
poden transformar en altres, i l'home aprofita aquesta propietat.
Es defineix com a font d'energia a tots aquells components de la natura dels quals es pot
extreure energia utilitzable per l'home. Aquestes fonts d'energia es poden agrupar en
energies renovables i en energies no renovables. Les fonts d'energia renovables són les
que influeixen en aquest projecte i per tant en les que ens centrarem.
Il·lustració 1· Esquema de les diferents fonts d'energia. Font: xtec.cat
4.2. FONTS D'ENERGIA RENOVABLES.
Es consideren energies renovables totes aquelles energies que no s'esgoten i que, a més,
tenen la qualitat de no ser contaminants.
Es considera que es regeneren o es renoven naturalment, més ràpid de la velocitat que
les consumim. Alguns exemples són les marees o l'escalfor solar.
pàg. 10
La font energètica principal que permet l'ús de les energies renovables és el Sol, de tal
manera que quasi totes les altres fonts d'energia són un pas intermedi entre el Sol i
nosaltres en el cicle de transformacions i transferències que es realitza des que l'energia
surt del Sol, en forma d'ones electromagnètiques, fins que arriba a nosaltres en forma de
corrent elèctric.
En l'any 2006, aproximadament el 18% del consum mundial d'energia va ser generat per
fonts d'energia renovables i actualment la majoria de països desenvolupats estan molt
conscienciats en l'augment de la producció d'energia provinent de fonts renovables, ja
que tot i ser més cares a curt termini, acaba afavorint a la conservació mediambiental
del planeta i a la salut de la societat.
4.2.1. L'ENERGIA EÒLICA.
El terme "eòlic" prové del llatí "aeolicus", relatiu al déu dels vents de la mitologia grega
anomenat Èol.
Es defineix energia eòlica com a aquella font d'energia que obté recursos a partir de
l'energia cinètica del vent. Com que el vent és un recurs aprofitable inesgotable en la
natura, considerem que l'energia eòlica també forma part de les energies renovables.
Aquesta energia renovable, com la majoria, també està influenciada per l'energia solar,
ja que entre l'1% i el 2% de l'energia provinent del Sol, es converteix en vent.
Els vents són generats a causa de l'escalfament no uniforme de la superfície terrestre, ja
que la diferencia de temperatura en algunes àrees del planeta deriva amb una diferència
en la pressió atmosfèrica que acaba causant moviments entre les masses d'aire.
L'ésser humà ha utilitzat l'energia del vent des de l'antiguitat. Els molins per moldre el
gra o extreure aigua del subsòl i les veles dels vaixells en són exemples. Actualment,
l'energia eòlica s'utilitza principalment per a produir energia elèctrica, mitjançant
aerogeneradors, aprofitable per a l'ésser humà.
pàg. 11
4.2.1.2. AVANTATGES I INCONVENIENTS DE L'ENERGIA EÒLICA.
Els avantatges de l'energia eòlica es resumeixen principalment en què és una font
d'energia renovable, no contamina, és inesgotable i redueix el consum de combustibles
fòssils. A part d'aquestes característiques, també ajuda a reduir l'efecte hivernacle,
causant de l'escalfament global. L'energia eòlica és una energia autòctona, disponible en
gairebé tot el planeta. Però de tots aquests avantatges cal destacar que l'energia eòlica no
emet substàncies tòxiques que poden ser perjudicials per a la salut humana i pel medi
ambient ni a l'aire ni a l'aigua, a diferència dels combustibles fòssils que són grans
emissors de toxines. L'energia eòlica té una de les petjades ecològiques més petites en el
món de la producció d'energia. Per tant, la producció d'electricitat mitjançant energia
eòlica i el seu ús de manera eficient, contribueix al desenvolupament sostenible.
Com a excepcions, l'energia eòlica té els inconvenients de ser una font d'energia poc
segura a causa de la inexistència de vent i per tant no pot ser utilitzada com a única font
d'energia elèctrica. És una font que necessita suport d'energies convencionals. La
producció d'energia elèctrica a partir de parcs eòlics és poc previsible i irregular i se
solen produir forats de tensió eòlics. A més a més construir parcs eòlics normalment
crea conflictes amb els ecologistes, ja que solen estar situats en espais que coincideixen
amb rutes d'aus migratòries. Tot i això la mortalitat d'animals a causa d'aerogeneradors
sol ser baixa. També creen un impacte d'erosió, ja que quan són construïts en zones
d'alta muntanya requereixen camins i destrucció de vegetació.
4.2.1.3. ENERGIA EÒLICA A ESPANYA.
Juntament amb Alemanya, Espanya és el país pioner en energia eòlica a Europa. Entre
el 2000 i el 2007 va experimentar un enorme creixement pel que fa a la instal·lació i el
desenvolupament d'aquest sector.
Però l'any 2011 Espanya va experimentar el creixement més important de la seva
història pel que fa a l'energia eòlica, amb un increment del 5.1% pel que fa a les
instal·lacions de parcs eòlics.
pàg. 12
L'any 2011 el sector eòlic va ocupar un 20,24% de la potència instal·lada al país amb
una total de 21.673 MW produïts.
En resum, l'energia eòlica és la segona energia que més instal·lacions ha realitzat a
Espanya des del 2006 fins al 2011. Pel que fa a energies renovables, ha sigut la més
instal·lada notablement en els últims 8 anys. En la Il·lustració 2, s’analitza l'evolució
anual de la potència instal·lada a Espanya entre el 2004 i el 2011:
Il·lustració 2 · Evolució anual de la potència instal·lada a Espanya entre 2004 i 2011. Font: CNE
El nombre total de parcs eòlics al país és de 995, amb Andalusia al capdavant, amb 136;
Catalunya en té 39. Pel que fa a la potència instal·lada, a Espanya l'energia eòlica ocupa
el quart lloc mundial.
4.2.1.4. ENERGIA EÒLICA A CATALUNYA.
Catalunya va ser pionera en el desenvolupament de l’energia eòlica a Espanya. El 10 de
març de 1984 s’inaugurava i es posava en marxa el primer aerogenerador a Catalunya, i
un dels quatre primers de l’Estat.
El primer aerogenerador a Catalunya va ser un prototip, construït i dissenyat a
Catalunya per la cooperativa Ecotècnia, que es va instal·lar al municipi de Vilopriu
(Baix Empordà) i que era un aerogenerador de tres pales amb 12 metres de diàmetre de
rotor i una potència nominal de 15 kW. Es tracta d’una capacitat de producció molt
pàg. 13
reduïda en comparació amb un dels darrers aerogeneradors que s’ha instal·lat a
Catalunya, ubicat a El Perelló, i que té una potència de 3 MW, és a dir, l’equivalent a
200 molins com el de Vilopriu. Un fet que demostra la important evolució tecnològica
que s’ha viscut en els darrers anys a Catalunya. Al territori català, s’hi troben instal·lats
varis parcs eòlics, distribuïts com es mostra en la Il·lustració 3.
Il·lustració 3 · Mapa del posicionament dels aerogeneradors de Catalunya. Font: elioccat.net
4.3. ELS AEROGENERADORS.
Són el principal exponent necessari alhora de l'aprofitament de l'energia cinètica del
vent, que la transformen en energia mecànica a partir dels seus àleps. Per tant es pot
afirmar que un aerogenerador és una màquina que permet transformar l'energia del vent
en energia elèctrica, passant primer pel pont de l'energia mecànica.
pàg. 14
La utilitat i funcionalitat dels aerogeneradors recorre un ampli ventall de sectors. Des
dels aerogeneradors més petits utilitzats per a aplicacions com la càrrega de bateries de
potència auxiliar per a embarcacions, caravanes o senyals de trànsit, per exemple, fins
als grans parcs eòlics que s'estan convertint en una font cada cop més important i són
utilitzats ja en la majoria de països desenvolupats per reduir la dependència de
combustibles fòssils.
Il·lustració 4 · Imatges reals d'aerogeneradors. Font: elpais.com
Abans de la planificació i el disseny d'un parc eòlic és imprescindible tenir en compte
que cal que un generador estigui situat en una zona on bufi molt el vent, pel simple fet
que el doble de vent proporciona una energia vuit vegades major, gràcies als elements
mecànics multiplicadors. És per aquest motiu que en moltes localitzacions es
construeixen més aerogeneradors en zones costaneres que en zones de terra endins,
perquè a la costa bufa més el vent. Per exemple a la ciutat danesa de Copenhagen, on hi
ha 20 turbines mar endins, al parc eòlic de Middelgruden.
Respecte a la producció d'energia, sigui quina sigui la situació geogràfica de
l'aerogenerador, a major altura de la torre, major producció. Quan la velocitat del vent
arriba a 15 m/s, aproximadament 43 tones d'aire travessen el rotor de l'aerogenerador,
transformant així enormes quantitats d'energia cinètica en electricitat.
pàg. 15
Un aerogenerador està format principalment per tres parts, les pales unides al rotor i a
l'eix principal, que transmeten el moviment. Una multiplicadora connectada amb l'eix i
el generador. I els elements analitzadors de dades que són un anemòmetre, panells i
ordinadors.
Quan els elements de control detecten que el vent bufa com a mínim a 4 m/s, activen el
motor d'orientació i mantenen el rotor orientat al vent. El vent és pressionat contra la
pala i gràcies al seu perfil aerodinàmic, crea una diferència de pressions i així transmet
l'energia al rotor que comença a girar. Les turbines estan dissenyades per subministrar la
màxima producció d'electricitat a una velocitat de 15 m/s. Quan el vent sobrepassa la
velocitat de seguretat, els sistemes de control activen el sistema hidràulic que fa girar el
fre aerodinàmic de la pala i activa el fre de disc que atura el rotor. Quan el vent
disminueix l'ordinador torna a posar la turbina en funcionament i es reprèn la producció
d'electricitat.
El diàmetre del rotor (àrea circular de les pales quan l'aerogenerador està en
funcionament) també és un factor important a l'hora de determinar la potència. Per
exemple un aerogenerador de 124 metres de diàmetre pot arribar a produir 5.000 kW de
potència. Tal com es representa en la Il·lustració 5, la potència transferida a
l'aerogenerador és directament proporcional a l'àrea superficial del rotor.
Il·lustració 5 · Esquema de la relació àrea-potència dels aerogeneradors. Font: desenchufados.net
pàg. 16
4.4. TIPUS D’AEROGENERADORS.
El resultat de més de mil anys de desenvolupament amb els molins de vent i l'enginyeria
moderna han fet que els aerogeneradors d'avui en dia es fabriquin en una àmplia gamma
de tipus d'eix vertical i horitzontal.
Els aerogeneradors d'eix horitzontal són els més comuns per la seva eficiència i es
classifiquen segons la seva velocitat de gir (lents o ràpids) o segons el nombre de pales
pertanyents al rotor. Normalment els aerogeneradors ràpids no solen tenir més de 4
pales incorporades al rotor i els lents en poden arribar a tenir fins a 24. Les hèlixs
d'aquests tipus d'aerogeneradors poden tenir dues posicions respecte el vent. La posició
barlovent o upwind on el vent ve de cara les pales i el sistema de control queda darrere i
la posició sotavent o downwind on el vent passa primer pel mecanisme d'orientació i
després actua sobre l'hèlix.
Il·lustració 6 · Esquema de les posicions d'un aerogenerador respecte el vent. Font: cubasolar.cu
També poden ser anomenats aerogeneradors HAWT (de l'anglès, Horitzontal Axis
Wind Turbine). Els aerogeneradors d'eix horitzontals que aconsegueixen un major
aprofitament de l'energia de l'aire i tenen una major eficiència són les següents:
pàg. 17
Il·lustració 7 · Dibuix dels tres tipus d'aerogeneradors d'eix horitzontal. Font: tipos-de-energia.blogspot.com.es
Els aerogeneradors tripala són els més populars i utilitzats en l'actualitat en els parcs
eòlics per la seva gran eficiència i el poc impacte mediambiental pel que fa a
contaminació sonora. A causa del seu baix moment d'inèrcia quan les pales estan en
moviment, es minimitza molt la inducció d'esforços a l'estructura, fet que desencadena
en un moviment suau i uniforme.
Els aerogeneradors d'eix vertical tenen els elements generadors d'energia elèctrica a la
base de la torre, per tant el seu manteniment és més senzill. Les pales estan acoblades al
llarg de la torre en posició perpendicular al sòl. El seu principal avantatge és que
aprofiten la força del vent sigui quina sigui la seva direcció, per tant són auto orientables
però en canvi la majoria d'aquest no permeten l'auto-arrencada. També poden ser
anomenats aerogeneradors VAWT (de l'anglès, Vertical Axis Wind Turbine). Es
coneixen tres tipus d'aerogeneradors d'eix vertical que són capaços de generar energia
elèctrica de manera eficient: Savonius, Kliux Zebra i Darrieus.
Il·lustració 11 · Esquema d'un aerogenerador d'eix vertical. Font: coac.net
pàg. 18
4.5. PARTS DELS AEROGENERADORS.
Tots els tipus d'aerogeneradors tenen els mateixos components principals, tot i que
distribuïts de manera diferent. Les parts d'un aerogenerador són les següents:
- Les pales: s'encarreguen de recollir l'energia cinètica del vent i transformar-la en
moviment. Normalment es construeixen de fibra de vidre o resina de polièster, ja que
són materials amb bones propietats mecàniques com per exemple resistència a la fatiga,
poca dilatació, són lleugers i tenen facilitat constructiva. Tenen un perfil aerodinàmic
amb la intenció de reduir les pèrdues energètiques causades pel fregament i aconseguir
un major rendiment.
- El boix: només el trobem present en els aerogeneradors d'eix horitzontal i té la funció
d'unir les pales amb l'eix de baixa velocitat. En molts aerogeneradors, el boix també té
la capacitat de canviar l'angle de les pales respecte el vent i així controlar la velocitat de
gir i frenar el mecanisme en cas de vents excessivament forts.
Il·lustració 13 · Imatge real del boix d'un aerogenerador. Font: ca.wikipedia.org
pàg. 19
- Eix de baixa velocitat: uneix el boix del rotor amb la caixa multiplicadora i és
l'encarregat de transmetre el moviment entre aquests dos.
- Caixa multiplicadora: augmenta les revolucions del gir de l'eix de baixa velocitat
mitjançant un sistema d'engranatges rectes o helicoïdals. La seva funció és aconseguir la
velocitat de gir desitjada per ajustar el règim de gir amb la freqüència del generador
elèctric.
- Eix d'alta velocitat: connecta la multiplicadora amb el generador elèctric, a la
velocitat necessària pel seu funcionament.
- Generador elèctric: transforma l'energia mecànica transmesa per l'eix en energia
elèctrica. Normalment en els aerogeneradors s'utilitzen generadors trifàsics que són els
generadors síncron (o alternador) i el generador asíncron.
En el cas dels aerogeneradors d'eix horitzontal tots aquests elements es troben a
l'interior de la góndola que és la part superior dels aerogeneradors i està connectada a la
torre de sustentació que té la propietat d'orientar-la segons la direcció del vent. En canvi
en els aerogeneradors d'eix vertical tots els elements mecànics, elèctrics i generadors
d'energia elèctrica es troben al peu de l'estructura, sota les pales, ja que d'aquesta
manera es faciliten les tasques de manteniment.
Il·lustració 14 · Imatge real de la góndola d'un aerogenerador. Font: renovablesverdes.com
- Controlador electrònic: la seva funció principal és prendre dades sobre els factors
més influents en el funcionament d'un aerogenerador, com són la velocitat i la direcció
pàg. 20
del vent, l'orientació de les pales i el rotor, la velocitat de gir dels eixos i del generador
elèctric. També té com a finalitat enviar les dades per a poder supervisar el correcte
funcionament de l'aerogenerador.
- Sistema de refrigeració: normalment s’utilitzen sistemes de refrigeració per aire. Un
dels sistemes de refrigeració més importants és el de la caixa multiplicadora, ja que té la
funció de mantenir l'oli dels engranatges a una temperatura òptima per tal de no
malmetre el sistema de transmissió.
- Frens: solen ser de disc i tot i que s'utilitzen amb poca freqüència, ja que la regulació
de la velocitat de gir es controla amb l'orientació de les pales electrònicament, els frens
són un element de seguretat fonamental. S'activen únicament quan els sistemes
controladors de l'aerogenerador detecten que s'ha sobrepassat la velocitat límit.
- Adquisició de dades: està format per dos aparells, l'anemòmetre i el penell que són els
encarregats d'enviar les dades al controlador electrònic.
A part d'aquests sistemes, els aerogeneradors també tenen elements transmissors de
l'energia elèctrica, que són elements conductors de l'electricitat que s'encarreguen de
transportar l'energia elèctrica des del generador fins a la central més propera que
acabarà distribuint-la per la xarxa fins que arribi als habitatges.
Il·lustració 16 · Esquema de les parts de l'aerogenerador. Font: aerogeneradores-energia-eolica.blogspot.com.es
pàg. 21
4.6. CÀLCUL DE LA POTÈNCIA D’UN AEROGENERADOR.
L'energia obtinguda per un aerogenerador determinat depèn bàsicament de la potència
del vent travessant el rotor i és directament proporcional a la densitat de l'aire, la
superfície escombrada per les seves pales i la velocitat del vent.
El vent perd velocitat en passar per l’aerogenerador i li traspassa part de la seva energia.
Il·lustració 17 · Imatge explicativa del comportament del vent abans i després de passar per l'aerogenerador. Font: http://drømstørre.dk
Tenint en compte que la quantitat d'aire per segon o cabal que passa des de la part dreta
de la imatge ha de ser el mateix que el que passa per la part esquerra, el "tub" d'aire
ocuparà una secció transversal major (més diàmetre) per la part posterior de
l'aerogenerador. Aquest fet es mostra en la Il·lustració 17 on hi ha representat un tub
imaginari, anomenat tub de corrent, que mostra com el vent movent-se en direcció a
l'esquerra ocuparà un gran volum en la part posterior del rotor.
Energia del vent. És cinètica, i segueix la fórmula:
On m: massa del vent i v: velocitat del vent
Potencia del vent aprofitable. És la que travessa l’àrea A de les pales de
l’aerogenerador, es fa servir la fórmula:
pàg. 22
On ρ: densitat de l'aire, generalment d'1,225 kg/m³, A: àrea o secció escombrada per les
pales i v: velocitat del vent (la diferència entre la de barlovent i sotavent).
Potència mecànica: és la part de la potència del vent que pot extreure l'aerogenerador.
S'obté multiplicant el coeficient de potència per la potència del vent.
Coeficient de potència: Variable de l’aparell que mesura la relació entre la potència
que el vent pot arribar a desenvolupar amb la potència desenvolupada per
l'aerogenerador. Varia amb la velocitat de l’aparell.
Generalment 0 < Cp < 0,5. No té unitats.
Potència elèctrica: part de la potència mecànica es converteix en potència elèctrica,
depenent de l'alternador o motor elèctric que s'utilitzi com a generador, normalment el
90% de l'energia mecànica que proporciona el rotor, acaba sent elèctrica.
On : eficiència mecànica i : eficiència elèctrica.
Potència útil de l’aerogenerador: A partir de les fórmules anteriors, la fórmula
general per al càlcul de la potència útil generada per un aerogenerador és:
On el coeficient de potència, té un màxim teòric conegut del 59%, proporcionat per la
llei de Betz.
pàg. 23
Corba de potència: Relaciona la potència proporcionada per l'aerogenerador amb la
velocitat del vent. No és una relació lineal com suggereix la fórmula d’abans.
Cal una velocitat mínima o d’arrencada (va), per tal que l'aerogenerador sigui capaç de
començar a funcionar (normalment aquest valor està comprès entre 5 m/s i 7 m/s). A
partir d'aquest valor inicial, la potència de l'aerogenerador va augmentant de forma
directament proporcional a l'augment de la velocitat del vent, fins a assolir el seu valor
de màxima potència (Pmàx), per a una velocitat màxima del vent (Vpmàx), que
normalment sol ser inferior als 30 m/s.
Quan la velocitat del vent assoleix valors superiors a la velocitat màxima,
l'aerogenerador es frena automàticament per raons de seguretat.
Pèrdues de potència.
Il·lustració 20 · Pèrdues de potència al llarg del funcionament d'un aerogenerador. Font: guzlop-editoras.com
En la Il·lustració 20 es pot veure que la major part de les pèrdues d'energia i de potència
respecte al vent, es produeixen just quan l'aire entra en contacte amb l'aerogenerador, és
a dir, quan entra en contacte amb les pales i fa moure el rotor. És el moment en què es
transforma l'energia cinètica del vent en energia rotacional i posteriorment en energia
mecànica. Per raons físiques i de fregament entre les diferents parts de l'aerogenerador,
també es perd energia en la part mecànica (caixa multiplicadora i transmissió). Les
pèrdues elèctriques depenen sempre del tipus d'alternador que s'utilitzi per a generar
electricitat i de la seva eficiència.
pàg. 24
pàg. 25
5. DISSENY.
En aquest punt del treball, s’exposaran els motius per als quals em vaig disposar a
realitzar la present part pràctica en aquest treball de recerca, així com els plànols previs i
els plànols finals de la maqueta.
5.1. CONSIDERACIONS PRÈVIES.
Per construir la maqueta d'aquesta part pràctica, anteriorment és necessari un profund
estudi de les condicions de treball i tot allò que està relacionat amb la construcció de la
turbina. En un primer instant, amb un esquema mental de com serà tot el procés de
construcció i seguidament amb la representació gràfica d'aquestes primeres idees,
mitjançant un esbós inicial.
En un primer estudi inicial es van considerar totes les condicions que estan relacionades
amb la màquina, és a dir, el disseny de les pales i el rotor, les dimensions i el pes de
l'estructura, l'eix i el sistema de transmissió de moviment i l'alternador generador
d'energia elèctrica. I també aspectes no tan rellevants com els anteriors, com són
l'aspecte estètic del aerogenerador, retocs finals de les peces de la maqueta o l’aplicació
d’aparells analítics de dades.
En aquesta part pràctica també es consideren tots els materials i eines de taller
necessàries per al desenvolupament de la construcció de l'aerogenerador.
5.2. PERQUÈ UN AEROGENERADOR D’EIX VERTICAL?
Abans de decidir el tipus de construcció que es realitzaria, es va fer un estudi per
analitzar i diferenciar els diferents tipus d'opcions que hi havia. Veient les
característiques dels dos tipus d'aerogeneradors (d'eix vertical i d'eix horitzontal) i tenint
pàg. 26
en compte que és una construcció domèstica i manual, la decisió final va ser la de
desenvolupar la maqueta d'un aerogenerador d'eix vertical.
La decisió es va prendre tenint en compte que la construcció d'un aerogenerador d'eix
horitzontal, és molt més complexa, ja que es necessiten més materials, més capacitats de
construcció i disseny i un sistema de transmissió de moviment complicat de construir
manualment.
En canvi la construcció de la maqueta d'un aerogenerador d'eix vertical és molt més
viable en l'àmbit domèstic. Les turbines d'eix vertical són de les més senzilles que
existeixen però són molt utilitzades per a subministrar electricitat a aparells de baix
consum. Tot i que la construcció d'aquets necessita vàries tècniques de construcció, el
desenvolupament de la maqueta d'un aerogenerador d'eix vertical no arribarà a ser mai
tan complexa com la d'un aerogenerador d'eix horitzontal.
Per arribar a decidir que en aquest projecte es portaria a terme la construcció d'un
aerogenerador d'eix vertical, em vaig basar en vídeos i imatges penjats a internet on la
gent exposa construccions d'aerogeneradors, dels dos tipus. Havent-me informat i tenint
en compte les meves capacitats i les opcions de complir els objectius marcats, es va
decidir la viabilitat de construir la maqueta d'un aerogenerador d'eix vertical.
Alguns dels exemples de maquetes cercades per internet són els representats en la
Il·lustració 21 i en la Il·lustració 22:
Il·lustració 21 · Maqueta domèstica d’un aerogenerador d’eix horitzontal. Font: aerogeneradores-energia-eolica.blogspot.com.es
pàg. 27
Il·lustració 22 · Maqueta domèstica d'un aerogenerador d'eix vertical. Font: youtube.com
5.3. PRIMER ESBÓS.
Un cop estructurada la primera impressió mental de com seria la maqueta i el procés per
construir-la, es va plasmar la idea principal en un primer esbós molt esquemàtic de com
havia de ser, en un principi, la maqueta de l’aerogenerador Savonius. En aquest primer
plànol es diferencien les tres parts de l’aerogenerador: les pales i el rotor, la estructura i
finalment l’alternador generador d’energia elèctrica.
Abans d’iniciar amb la construcció, es van marcar uns paràmetres inicials amb
l’objectiu de tenir una referència pel que fa a les dimensions de l’aerogenerador.
Inicialment les mides del rotor havien de ser de 40 centímetres d’alçada
aproximadament i el cilindre, que es formes quan estigues unit a l’eix i gires, havia de
ser de 30 centímetres com a molt.
Pel que fa a l’estructura en si, havia d’estar formada per quatre barres que aguantessin el
sostre de l’estructura i quatre més que es trobessin entre la base de tot el sistema i la
plataforma que es troba entre el rotor i els elements mecànics. Les superfícies de les
dues plataformes (el sostre de l’estructura i la de sota el rotor) havien de ser quadrades
d’entre 25 i 30 centímetres quadrats, i la tercera plataforma havia de tenir la mida
suficient per abastir tota l’estructura. La maqueta també havia de contenir tres
rodaments o coixinets i un eix per poder unir el rotor amb l’estructura i garantir així el
moviment de la maqueta.
pàg. 28
En l’instant inicial els elements mecànics de transmissió de moviment i l’alternador
s’havien de trobar sota l’estructura i el rotor.
Il·lustració 23 · Esbós inicial de la vista superior i el perfil de la maqueta de l'aerogenerador. Font: elaboració pròpia.
5.4. PLÀNOL FINAL DE LA MAQUETA.
Il·lustració 24 · Plànols dimensionats de la maqueta vista frontalment i superiorment. Font: elaboració pròpia.
pàg. 29
6. CONSTRUCCIÓ.
La part pràctica d'aquest treball de recerca està basada en la construcció de la maqueta
d'un aerogenerador domèstic amb l'objectiu de demostrar que genera corrent elèctric. En
concret, es construirà la maqueta d'un aerogenerador d'eix vertical del tipus "Savonius".
Tota la construcció està realitzada manualment, amb el màxim nombre de materials
reciclats.
6.1. PROCÉS DE CONSTRUCCIÓ.
Per a desenvolupar la construcció de la maqueta en primer lloc es va fer un estudi de
tots el materials necessaris per a poder començar a manipular la maqueta, tanmateix de
les eines que calia emprar per a poder muntar amb garanties l’aerogenerador. El procés
de construcció és divideix en varies parts o etapes: la creació de les pales i el rotor, la
unió del rotor amb l’eix de moviment, la construcció de l’estructura, la unió de
l’estructura amb el rotor, la connexió entre els elements mecànics transmissors
d’energia mecànica amb l’alternador i finalment l’aplicació dels elements encarregats de
l’anàlisi de dades.
6.1.1. PALES I ROTOR.
És el primer pas introductori a la construcció de l’aerogenerador. Les pales seran les
encarregades de rebre l’energia cinètica causada per la velocitat del vent i el rotor, peça
unida fixament a les pales, s’encarregarà de transformar aquesta energia cinètica en
moviment rotatori de l’eix. Un aspecte important a tenir en compte a l’hora de la
construcció d’aquesta part del treball, és que el bloc format per les pales i el rotor ha de
tenir el mínim pes possible ja que aquest fet és una garantia que l’eix tingui més facilitat
per voltar. És per aquest motiu que s’han de triar materials lleugers destinats a la
construcció d’aquesta part del treball.
pàg. 30
Aquest procés de construcció s’inicia amb la tria dels materials que passaran a forma
part de les pales i el rotor. En el cas d’aquest projecte es van triar dos material que
alleugerien bastant el pes del rotor, un tub de PVC de 16 centímetres de diàmetre i una
planxa de fusta conglomerada molt lleugera però també amb la resistència necessària,
d’1,5 mil·límetres de grossor. Com a retoc estètic, es va pintar el tub de PVC amb un
esprai de pintura blanca com a substitut del gris propi del tub.
Il·lustració 25 · Tub de PVC i planxa de fusta emprats per a la construcció del rotor de la maqueta. Font: elaboració pròpia.
El desenvolupament de les pales de la maqueta es va iniciar tallant un tros de tub de
PVC d’uns 31 centímetres d’alçada aproximadament. Aquesta peça havia de quedar
dividida exactament per la meitat, de manera que formes dues parts iguals, que
passarien a forma part de les pales de l’aerogenerador.
Il·lustració 26 · Tros de PVC de 31 centímetres d'alçada abans i després de la seva divisió en dues parts iguals. Font: elaboració pròpia.
pàg. 31
Amb la peça ja dividida es va comprovar, amb un nivell, que les dues pales fossin el
màxim de paral·leles a una superfícies plana, per garantir així el bon funcionament del
rotor.
Per aconseguir la transmissió d’energia entre les pales i l’eix es necessari un rotor, que
en aquest projecte esta format per dues peces de fusta que aconsegueixen un bloc entre
les dues pales i que finalitza amb la unió d’aquest bloc amb l’eix de transmissió de
moviment.
Les mides d’aquestes dues peces van ser preses amb les pales com a motlle, com es
mostra en la Il·lustració 27, deixant un petit espai entre les dues pales amb l’objectiu de
crear un espai pel pas de l’eix transmissor de moviment i per garantir així la correcta
aerodinàmica del rotor, que permeti que l’aire pugui fluir bé entre les pales que han
d’oferir una resistència que acabi generant moviment.
Il·lustració 27 · Pressa de mides de les peces que acabaran formant la unió entre les dues pales. Font: elaboració pròpia.
Un cop ja s’havien pres les mides de les dues tapes que formarien part del rotor, es va
tallar la fusta amb una serra elèctrica i es va unir una de les tapes a les dues pales
mitjançant silicona calenta. Però abans de la unió entre les pales i la peça de fusta, es
van pintar les dues parts del tub de PVC amb dues capes de pintura blanca en forma
d’esprai per donar així un toc més estètic a la maqueta de l’aerogenerador Savonius.
pàg. 32
Il·lustració 28 · Imatges del procés de serratge de les peces de fusta i del procés d'encolatge d'aquestes amb les pales pintades anteriorment. Font: elaboració pròpia.
El següent pas era unir el rotor amb l’eix de moviment.
L’eix transmissor de moviment es una barra metàl·lica roscada de 4 mil·límetres de
diàmetre i 58 centímetres d’alçada que ha de quedar unida, fixament, al bloc del rotor
per a garantir així la correcta transmissió del moviment.
Per a dur a terme aquesta unió entre rotor i eix de transmissió, va caldre foradar primer
les peces de conglomerat exactament pel centre de l’espai entre pales que s’havia deixat
anteriorment, d’aquesta manera es va fer possible que l’eix travesses verticalment el
rotor. Les unions entre l’eix i les peces de fusta es van realitzar utilitzant femelles i
volanderes, col·locades com s’indica en la Il·lustració 29, de manera que s’evitava el
lliscament entre les tapes i l’eix metàl·lic i se’n garantia la seva fixació.
Il·lustració 29 · Imatge de la disposició de les femelles i les volanderes en les unions de l'eix. Font: elaboració pròpia.
pàg. 33
Amb l’eix ja unit a una de les tapes, calia posicionar la segona tapa per enganxar-la a les
dues pales amb silicona calenta i fixar-la a la barra metàl·lica, utilitzant el mateix
sistema esmentat anteriorment.
Amb la unió entre les peces de fusta, les pales i l’eix metàl·lic, ja s’havia obtingut el
bloc que passaria a ser el rotor de la maqueta. Aquest bloc ha de romandre fixe durant
tot el procés eòlic ja que sinó, en cas contrari, el moviment no es transmetria de cap
manera i no podria arribar al seu destí de generar energia elèctrica.
El resultat d’aquest procés, és un rotor de 34 centímetres d’alçada i 27,5 centímetres de
diàmetre, amb un pes total de 700 grams, representat en la Il·lustració 30.
Il·lustració 30 · Rotor format per la unió entre les pales, les tapes de fusta i l'eix de transmissió. Font: elaboració pròpia.
pàg. 34
6.1.2. ESTRUCTURA.
Un cop obtingut el rotor, s’havia de construir una estructura que mantingués les pales en
una posició vertical, optima per a la recepció de l’energia de l’aire, però que alhora
també assegures el moviment giratori de l’eix, reduint al màxim les forces de fregament
en els punts d’unió entre el rotor i l’estructura.
L’estructura d’aquesta maqueta esta formada majoritàriament per peces de fusta, però
també s’hi troben presents elements com coixinets, puntes i cargols o angles.
El procés de construcció s’inicià amb el marcatge de les peces de fusta necessària. Per a
realitzar aquest pas es va triar una planxa de fusta de 2 mil·límetres de grossor
conglomerada, però amb més consistència i més pesada que la fusta utilitzada en la
construcció del rotor, amb l’objectiu d’aconseguir una estructura rígida i consistent. Per
marcar les dimensions de les dues peces que acabaran fent de sostre i de base de
l’estructura, es va tenir en compte els 27,5 centímetres de diàmetre que té el rotor. De
manera que van sorgir dues peces de superfície quadrada de 34 centímetres quadrats, ja
que el rotor s’ha de trobar en tot moment dintre de l’estructura i tenir un moviment
lliure, sense impediments de l’estructura.
Il·lustració 31 · Marcatge de les superfícies de fusta tenint en compte el moviment giratori del rotor. Font: elaboració pròpia.
pàg. 35
Un cop marcades i dimensionades les peces de fusta necessàries per a l’estructura, va
caldre tallar-les amb una serra elèctrica i marcar un forat just al centre de la
circumferència formada pel moviment giratori del rotor, per generar així un espai pel
pas de l’eix.
Quan ja van estar tallades, el següent pas va ser pintar-les amb pintura blava en forma
d’esprai, com es mostra en la Il·lustració 32.
Il·lustració 32 · Aplicació de dues capes de pintura a les dues superfícies de fusta. Font: elaboració pròpia.
Per finalitzar amb el desenvolupament de les dues peces de fusta que formarien part de
la base i del sostre de l’estructura, es van obrir orificis al centre de cada una de les
superfícies amb l’objectiu de generar un espai on poguessin encaixar els coixinets. I
també es van arrodonir les cantonades de les superfícies per motius estètics i de
seguretat.
Il·lustració 33 · Incorporació dels coixinets a la base i al sostre de l'estructura. Font: elaboració pròpia.
pàg. 36
Els coixinets són dues de les peces fonamentals en el funcionament de la maqueta ja que
tenen com a objectiu principal garantir el moviment giratori de l’eix de transmissió,
però alhora també han d’oferir una fixació optima i consistent entre el rotor i
l’estructura. Amb la seva estructura interna, bàsicament fan reduir les pèrdues d’energia
per fregament i així facilitar el moviment rotatori de l’eix. Els coixinets utilitzats en
aquesta maqueta són d’1 centímetre de diàmetre.
Després de desenvolupar les dues superfícies, es va procedir a tallar quatre barres de
fusta de dimensions 2x2x42 centímetres amb la finalitat de fer de suport entre la base de
l’estructura i el sostre. Després de tenir-les tallades, es van pintar amb pintura del
mateix color que la pintura de les superfícies i es van clavar a la base i al sostre amb
puntes com es pot veure en la Il·lustració 34.
Il·lustració 34 · Punt d'unió entre la superfície base i les barres de fusta. Font: elaboració pròpia.
Quan les barres de suport ja van estar clavades, el següent pas va ser unir el rotor amb el
coixinet situat al centre de la base. Un cop ja va estar unit a la base de l’estructura, es va
iniciar el procés de clavar el sostre de l’estructura a les quatre barres de suport i
finalment unir l’eix amb el coixinet també per la part superior de l’estructura. Totes les
unions entre els coixinets i l’eix es van realitzar com es mostra en la Il·lustració 35, amb
dues femelles i una volandera per cada banda del coixinet.
pàg. 37
Il·lustració 35 · Sistema d'unió entre l'eix i els coixinets. Font: elaboració pròpia.
Es va deixar una distància d’uns 4 centímetres aproximadament entre el rotor i el sostre
i la base de l’estructura, per garantir que podria girar netament, sense cap forma de
fregament amb l’estructura.
Un cop va estar tota l’estructura unida amb l’eix, es va analitzar que l’estructura no era
prou consistent, amb la utilització de claus per unir les barres de fusta i les superfícies.
Per aquest motiu en un últim procés per la construcció de l’estructura, es van aplicar
unes peces metàl·liques en forma de L (representades en la Il·lustració 36) que
formaven obligatòriament un eix de 90 graus entre les barres de fusta i la base de
l’estructura, garantint així una bona consistència i rigidesa de l’estructura.
Il·lustració 36 · Peça metàl·lica en forma de L unida a l'estructura amb cargols. Font: elaboració pròpia.
pàg. 38
El resultat d’aquest procés de construcció és una unió entre la estructura, consistent i
formada gairebé en tota la seva totalitat de fusta reutilitzada, i el rotor explicat en el
punt 6.1.1. On es permet el lliure moviment rotacional del rotor i es redueixen al màxim
les forces de fricció, mitjançant els coixinets, per evitar així pèrdues d’energia
innecessàries. En aquesta part del treball encara no s’hi troben presents elements
generadors d’energia elèctrica.
Il·lustració 37 · Imatge final del procés de construcció i unió de l'estructura de la maqueta. Font: elaboració pròpia.
6.1.3. ELEMENTS DE TRANSMISSIÓ, ALTERNADOR I APARELLS
ANALÍTICS.
En aquesta part del treball es desenvoluparan tots els elements necessaris per a garantir
la transmissió de moviment i la generació de corrent elèctric, també s’aplicaran dos
elements analítics que permetran fer una valoració del funcionament de
l’aerogenerador.
pàg. 39
Inicialment, tots els elements esmentats anteriorment, havien d’estar situats a la part
inferior de la maqueta, sota la base de l’estructura. Però a efectes pràctics, finalment,
s’han instal·lat tots aquets elements a la part superior de la estructura. Es va canviar
aquest aspecte de l’esbós inicial (Il·lustració 23 del punt 5.3) per motius de construcció,
ja que en el primer cas era necessari que la maqueta fos bastant més gran i també
requeria de més materials per a la seva construcció. En canvi, de la manera en que s’ha
construït a la pràctica, tots els elements que formaran part d’aquest punt del treball es
troben sobre el sostre de l’estructura, que alhora fa de suport. Els elements principals
d’aquest punt de la part pràctica són: una roda dentada de 6 centímetres de diàmetre i un
pas de 4 mil·límetres amb l’objectiu que encaixi perfectament amb l’eix de transmissió
que és on ha d’anar unida. Un altre element és el motor que rep el moviment a través
d’una petita roda dentada d’1,2 centímetres de diàmetre. I per últim els elements
d’anàlisi de dades que són un velocímetre i un tester.
La roda dentada del motor és d’un diàmetre tant reduït amb la finalitat d’arribar a una
relació de transmissió suficient per augmentar les revolucions per minut del moviment i
així assegurar que la maqueta genera electricitat. Amb aquest fet, les peces esmentades
anteriorment formarien part dels elements mecànics multiplicadors de l’aerogenerador.
Per iniciar amb aquest apartat, en primer lloc es va col·locar la roda dentada gran a l’eix
de transmissió i es va fixar amb el mateix sistema amb el qual s’havia unit l’eix amb els
coixinets.
Il·lustració 38 · Roda dentada de 6 centímetres de diàmetre unida a l'eix de transmissió. Font: elaboració pròpia.
Després d’això, calia que la roda dentada del motor entrés en contacte amb la roda
dentada gran, pel simple fet de transmetre l’energia mecànica i el moviment fins al
motor elèctric. Per aquest motiu es va construir un suport que elevés el motor elèctric
pàg. 40
fins a la posició de la roda dentada, com es mostra en la Il·lustració 39. Un cop el motor
ja va estar situat en el suport i tot el bloc unit a l’estructura, el moviment ja es
comunicava al motor que acabarà transformant l’energia que arriba en energia elèctrica.
Il·lustració 39 · Imatges del motor elèctric unit a l'estructura de suport i del motor unit als elements multiplicadors de la maqueta. Font: elaboració pròpia.
Amb l’alternador ja generant corrent elèctric a partir del moviment rotacional que l’hi
arriba, es condueix l’electricitat mitjançant dos cables soldats anteriorment amb estany
al motor. Aquets cables es connectaran amb un tester que demostrarà que la maqueta
genera corrent elèctric que pot ser utilitzat en diferents àmbits, com per exemple, per
carregar petites bateries.
El velocímetre esta dividit en tres peces: l’imant, la peça que registra la velocitat i la
centraleta. A sota del sostre de l’estructura, es troba la peça que enregistra el temps que
tarda l’imant, que esta situat a sobre del rotor, per passar davant seu, i d’aquesta manera
fa un càlcul de la mitjana de la velocitat lineal a la que gira del rotor. La centraleta esta
situada a la part superior de l’estructura, per poder analitzar, d’aqueta manera, millor les
dades de la velocitat del rotor.
pàg. 41
Il·lustració 40 · Imatges del tester i del velocímetre, elements analítics de l'aerogenerador. Font: elaboració pròpia.
Amb aquestes últimes incorporacions a la maqueta, es finalitza el procés de construcció
de l’aerogenerador domèstic.
6.2. MATERIALS I EINES NECESSARIS.
Un dels objectius principals d’aquest projecte, era construir la maqueta amb el màxim
nombre de materials reutilitzats possibles. Per aquest motiu la classificació de materials
necessaris per a la construcció de la maqueta es dividirà en dos grups: materials
reutilitzats i materials nous o comprats.
En els materials de construcció reutilitzats s’hi troba principalment tota la fusta emprada
per a la construcció de la estructura de la maqueta, com també la fusta de les tapes del
rotor.
Il·lustració 41 · Imatges de les planxes de fusta reutilitzada utilitzades en la construcció de la maqueta. Font: elaboració pròpia.
pàg. 42
Però dintre dels elements reciclats també s’hi troben peces mecànics com el motor o les
rodes dentades que tenen la seva procedència en maquetes construïdes a la assignatura
de Tecnologia de la ESO.
També es poden considerar elements reciclats totes aquelles peces reutilitzades, que no
van ser comprades i que no tenien ninguna funció útil, com són les peces petites que són
les puntes, els cargols, les femelles, les volanderes o les peces en forma de L, que es
trobaven en el taller on es va construir la maqueta, on anteriorment ja s’havien realitzat
manipulacions mecàniques i construccions..
Il·lustració 42 · Imatges de les femelles, volanderes i puntes. Font: elaboració pròpia.
En canvi tots els altres materials utilitzats en la construcció i el disseny de la maqueta
van ser comprats i per tant no són reciclats. Formen part d’aquets elements els coixinets,
l’eix de transmissió, el tub de PVC, la pintura blanca i la pintura blava.
Il·lustració 43 · Imatges dels coixinets i dels pots de pintura utilitzats, exemples de materials no reciclats. Font: elaboració pròpia.
Cal fer una excepció en els cables i l’estany per soldar, que no van ser materials
reciclats ni materials comprats, sinó que van ser cedits per l’institut.
pàg. 43
Les eines necessàries per a la realització d’aquest projecte són aquelles que permeten la
construcció de la maqueta però que també redueixen l’esforç humà. Les eines que van
ser utilitzades en la construcció de l’aerogenerador són:
- Una serra elèctrica per facilitar el serratge de les peces de fusta,
- Un trepant i una broca de 4 mil·límetres que permeti fer els orificis per on ha de passar
l’eix de transmissió de moviment.
- Una pistola de silicona calenta per a unir les peces de fusta i les pales de PVC.
- Dos serjants que permetin la correcta col·locació de les fustes i en facilitin el serratge.
- Una llima i paper de vidre per arrodonir i aconseguir un millor acabat de la fusta.
- Una clau anglesa del 7 i un tornavís pla per fixar be les femelles i per clavar els
cargols a l’estructura.
- Un nivell per garantir la uniformitat de la estructura, la seva estabilitat i per tant el seu
correcte funcionament.
- Guants de treball, necessaris per a garantir la seguretat alhora de manipular fustes o
eines perilloses.
- Una cinta mètrica per prendre les mides de les fustes alhora de tallar-les i per apreciar
les dimensions de la maqueta.
Il·lustració 44 · Imatge dels serjants i de la serra elèctrica utilitzats en la construcció de la maqueta. Font: elaboració pròpia.
pàg. 44
6.3. PRESSUPOST.
Per a l’obtenció de les eines i els materials de l’aerogenerador que no són reciclats o
reutilitzats, calia un finançament que en permetés la obtenció i que es mostra en la
graella següent:
MATERIAL/EINA DIMENSIONS/UNITATS PREU
Tub de PVC 1,5 metres 18 €
Pistola de silicona 1 unitat + 20 barres de
silicona
12 €
Pots de pintura blanca 3 unitats 6 €
Pot de pintura blava 1 unitat 4 €
Barra roscada metàl·lica 4 mm x 1 m 0,67 €
Tester 1 unitat 4,25 €
Velocímetre 1 unitat 6,65 €
PREU TOTAL 51,57 €
pàg. 45
7. CONCLUSIONS.
7.1. RESULTATS OBTINGUTS.
Després de realitzar la recerca sobre les energies renovables i els aerogeneradors,
després de dissenyar la maqueta d’un aerogenerador i construir-la, és el moment de
procedir a un anàlisi final del projecte.
Abans d’arribar a conèixer a la perfecció les característiques que tindrà el treball de
recerca que es portarà a terme, s’ha de fer una recerca d’informació per arribar a saber
la viabilitat que tindrà allò que voldràs fer, si serà efectiu i estarà dintre les possibilitats
de la persona que l’ha de dur a terme.
Les tres etapes del procés de construcció en que es fonamenta el present treball de
recerca (disseny, construcció i anàlisi) s’han d’afrontar després de definir un objectiu
final clar. A més a més, prèviament s’ha de fer una intensa recerca d’informació per a
saber “on t’estàs movent” i tenir clar quin camí s’ha de seguir per a complir els
objectius.
Un cop ja s’ha iniciat el projecte, la construcció s’ha de fer amb les idees clares, sabent
en tot moment què estàs fent, amb que ho fas, com ho fas i perquè ho fas. Per aquest
motiu es necessari tenir en compte en tot moment els materials necessaris perquè la
construcció no es travi, però també has de saber les eines que necessitaràs i com
utilitzar-les, per així acabar representat les idees pensades anteriorment sobre la
maqueta.
Tenint en compte els objectius inicials expressats en el punt 3.2, després de finalitzar
amb la construcció de la maqueta es pot concloure que efectivament es compleixen els
objectius inicials.
Amb la construcció d’aquest aerogenerador, s’ha demostrat que es pot generar corrent
elèctric a partir de la construcció d’una maqueta domèstica i per tant, es pot observar
com és possible obtenir un aprofitament de les energies renovables amb projectes
manuals i domèstics, i no només en les indústries i grans superfícies. A més a més, s’ha
pàg. 46
aconseguit dur a terme la construcció amb un gran nombre de materials reciclats per
arribar a ser un projecte respectuós amb el medi ambient, tot i que no els suficients.
Després de tota la recerca d’informació i de la construcció, s’ha aconseguit també
aprofundir i conèixer bé les energies renovables, sobretot l’energia eòlica i els
aerogeneradors.
Les conclusions finals que es poden treure d’aquest projecte són, la majoria,
satisfactòries. Ja que l’aspecte més important era fer complir els objectius inicials, que
s’han acabat assolint.
Una de les motivacions explicades a l’inici del projecte, era el fet que aquest era un
projecte sense massa pautes en la part pràctica, sinó que d’alguna manera deixava
“volar” la imaginació. En aquesta conclusió final es pot afirmar també que efectivament
ha sigut un treball bastant obert, sobretot en la construcció i el disseny de la maqueta, no
tant en el marc teòric.
Un dels aspectes més rellevants d’aquest treball, ha sigut l’aprenentatge adquirit. Ja que
han sigut necessàries tècniques de recerca per arribar a conèixer allò que es faria, així
com coneixements de les eines i les tècniques de treball d’un taller.
A nivell pràctic, la maqueta genera uns 0,6 volts a una velocitat lineal de 18 quilòmetres
per hora (347,21 rpm), aproximadament. No és un potencial massa alt però pot ser
aprofitable, per exemple en la càrrega de bateries. Aquets valors de voltatge podrien ser
millorats en el cas d’haver utilitzar un eix més ample (de 6 o 8 mil·límetres per
exemple), que garantís l’estabilitat en el gir, o també amb un altre alternador més
eficient. El fet que l’aerogenerador no produeixi grans quantitats de corrent elèctric, no
és del tot negatiu ja que aquest aspecte no estava plasmat en els objectius inicials, on es
va donar més importància a la construcció i a la manipulació de materials.
pàg. 47
7.2. PROBLEMES TROBATS, ERRORS I POSSIBLES SOLUCIONS.
Tot i que la valoració final del projecte és positiva, també hi ha aspectes no tant
favorables que s’han de remarcar:
- L’eix de transmissió hauria d’haver tingut d’un diàmetre superior, com a mínim el
suficient per encaixar correctament amb els coixinets. I també per garantir una
estabilitat al rotor quan estigui en moviment.
- La estabilitat de l’estructura inicialment no va sortir com era d’esperar, ja que unint-la
només amb puntes era molt dèbil. La solució a aquest problema va ser col·locar les
peces en forma de L.
- Durant tot el procés de realització del treball de recerca hi ha hagut problemes amb la
tutoria del treball, fet que ha produït l’endarreriment de les meves planificacions de
feina, ja que durant varies setmanes no he tingut tutor que em corregís el projecte ni
m’orientés.
- En la construcció de la maqueta hi ha errors centimètrics propis d’un projecte construït
manualment.
7.3. VALORACIÓ PERSONAL.
Per mi personalment aquets treball ha significat moltes coses. Per exemple he après a
pensar en les conseqüències que tenen les decisions que prenc, fet experimentat
constantment en la construcció: si aquesta cosa la fas així, és possible que passi això.
També m’ha servit per aprendre a organitzar-me molt millor els meus horaris al llarg del
dia, ja que a l’estiu entre la feina que ja m’ocupava entre vuit i deu hores diàries sis dies
a la setmana i haver d’estar pendent de gaudir les vacances, en molt instants va resultar
complicat trobar un espai per avançar amb el treball de recerca.
Tot i que m’ho he passat bé construint la maqueta, també hi ha hagut moments
d’angoixa i indecisions ja fos perquè em quedava bloquejat redactant la part teòrica,
perquè em faltaven estris per seguir avançant amb la construcció, perquè no sabia fer
pàg. 48
una cosa i en ocasions no sabia a qui preguntar-li o bé perquè sem tirava el temps a
sobre.
Però tot i això l’experiència de fer el meu propi treball de recerca és molt i molt positiva
ja que m’ha permès aprendre, créixer i avançar.
pàg. 49
8. BIBLIOGRAFIA.
- AEROGENERADOR SAVONIUS CASERO – YOUTUBE. youtube.com [en línia].
<https://www.youtube.com/watch?v=9TJ_AW-ggzc&t=10s> [Consulta: 14.8.2017].
- AEROGENERADOR VERTICAL Y DE EJE HORIZONTAL, ¿CÓMO
FUNCIONAN?. renovablesverdes.com [en línia].
<https://www.renovablesverdes.com/aerogeneradores-verticales/> [Consulta:
20.7.2017].
- AEROGENERADOR – VIQUIPÈDIA, L’ENCICLOPÈDIA LLIURE.
ca.wikipedia.org [en línia]. <https://ca.wikipedia.org/wiki/Aerogenerador> [Consulta:
7.7.2017].
- BLOG SOBRE: TIPOS DE ENERGÍA. tipos-de-energia.blogspot.com.es [en línia].
<http://tipos-de-energia.blogspot.com.es/2006/02/energa-elica-tipos-de-
generadores.html> [Consulta: 14.7.2017].
- ENERGÍA EÓLICA. es.pfernandezdiez.es [en línia].
<http://es.pfernandezdiez.es/index.php?pageID=16> [Consulta: 9.8.2017].
- ENERGIA EÒLICA. es.slideshare.net [en línia].
<https://es.slideshare.net/deptecnolo/energia-elica-6207192> [Consulta: 14.7.2017].
- ENERGIA EÒLICA: LA TECNOLOGIA. coac.net [en línia].
<http://www.coac.net/mediambient/renovables/energia_eolica/la_tecnologia.htm>
[Consulta: 18.7.2017].
- ENERGIA EOLICA Y AEROGENERADORES. aerogeneradores-energia-
eolica.blogspot.com.es [en línia]. <http://aerogeneradores-energia-
eolica.blogspot.com.es/2011/11/aerogeneradores-domesticos.html> [Consulta:
14.8.2017].
- ESPECIAL: CÓMO HACER UN AEROGENERADOR (MOLINO DE VIENTO O
TURBINA EOLICA). comohacer.eu [en línia]. <http://comohacer.eu/especial-como-
hacer-un-aerogenerador-molino-de-viento-o-turbina-eolica/> [Consulta: 14.8.2017].
pàg. 50
- HISTÒRIA DE L’EÒLICA - ELIOCCAT. eoliccat.net [en línia].
<http://eoliccat.net/situacio-eolica/historia-de-leolica/> [Consulta: 14.10.2017].
- LA LEY DE BETZ. drømstørre.dk [en línia]. <http://xn--drmstrre-64ad.dk/wp-
content/wind/miller/windpower%20web/es/tour/wres/betz.htm> [Consulta: 25.7.2017].
- LA VELETA EN LOS MOLINOS DE VIENTO. cubasolar.cu [en línia].
<http://www.cubasolar.cu/biblioteca/Energia/Energia58/HTML/articulo02.htm>
[Consulta: 18.7.2017].
- LO QUE CONTAMINA UN AEROGENERADOR – BLOGS EL PAÍS.
blogs.elpais.com [en línia]. <http://blogs.elpais.com/eco-lab/2010/09/lo-que-contamina-
un-aerogenerador.html> [Consulta: 14.7.2017].
- LOS NANOTUBOS DE CARBONO PUEDEN HACER POSIBLE PALAS DE
AEROGENERADORES DE 250 METROS. desenchufados.net [en línia].
<https://desenchufados.net/los-nanotubos-de-carbono-pueden-hacer-posible-palas-de-
aerogeneradores-de-250-metros/> [Consulta: 14.8.2017].
- MICROSOFT WORD – ENERGIES.DOC. bibliotecavirtual.diba.cat [en línia].
<http://bibliotecavirtual.diba.cat/documents/10934/5244213/energies.pdf> [Consulta:
14.7.2017].
- PARQUES EOLICOS, OPERACION Y MANTENIMIENTO. opex-energy.com [en
línia]. <http://opex-energy.com/eolica/tipos_aerogeneradores.html> [Consulta:
20.7.2017].
- PLD0562.PDF. guzlop-editoras.com [en línia]. <https://guzlop-
editoras.com/web_des/ener01/eolica/pld0562.pdf> [Consulta: 25.7.2017].
- ¿QUE BENEFICIOS TIENE LA ENERGÍA EOLICA? – ACCIONA. acciona.com
[en línia]. <https://www.acciona.com/es/energias-renovables/energia-eolica/>
[Consulta: 17.7.2017].
- SITUACIÓ EÒLICA – ELIOCCAT. eoliccat.net [en línia].
<http://eoliccat.net/situacio-eolica/> [Consulta: 20.7.2017].
pàg. 51
- TREBALL DE RECERCA AEROGENERADORS. slideshare.net [en línia].
<https://www.slideshare.net/EliesCiutatCamps/treball-de-recerca-aerogeneradors>
[Consulta: 3.8.2017].
- TREBALL DE RECERCA BY MARTI TRENCHS ON PREZI. prezi.com [en línia].
<https://prezi.com/xza2jfhc-d4z/treball-de-recerca/> [Consulta: 3.8.2017].
- UNTITLED DOCUMENT. xtec.cat [en línia].
<http://www.xtec.cat/~cbadia23/introduccio.htm> [Consulta: 14.7.2017].
