Sistema de generación de energía eléctrica por tracción humana asistida con aerogenerador

El presente proyecto, tiene como objetivo desarrollar un sistema de generación de energía eléctrica por tracción humana asistido con un aerogenerador de eje vertical para producir energía de manera constante. El sistema esta compuesto por un aerogenerador de eje vertical de tres álabes acoplado a un...

Full description

Autores:: Bernal Vesga, Brayam Ferney

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2019

Institución:: Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB

Repositorio:: Repositorio UNAB

Idioma:: spa

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description	El presente proyecto, tiene como objetivo desarrollar un sistema de generación de energía eléctrica por tracción humana asistido con un aerogenerador de eje vertical para producir energía de manera constante. El sistema esta compuesto por un aerogenerador de eje vertical de tres álabes acoplado a un mecanismo de tracción humana, ya que es necesario conseguir un cambio de mentalidad con respecto a la obtención de energía eléctrica, y la tracción humana es una buena opción sobre todo en zonas no interconectadas. Se hace constar que, el propósito general es crear energía desde la tracción humana y el aerogenerador le ayudará al mecanismo de tracción a crear energía eléctrica adicional. Para ello se diseña un sistema de trasmisión de movimiento, el cual consiste en la implementación de un par de piñones, de engranes cónicos y una cadena, y de esta manera, la energía mecánica llegará al eje del generador para así, lograr la obtención de energía eléctrica. El sistema de acople se realiza porque la velocidad del viento no es constante, por tal motivo la generación de energía eléctrica se ve afectada y no cumple los objetivos diarios de almacenamiento de este recurso, con esta mejora la carga de la batería va hacer en menor tiempo y de mayor provecho para el usuario.
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Se hace constar que, el propósito general es crear energía desde la tracción humana y el aerogenerador le ayudará al mecanismo de tracción a crear energía eléctrica adicional. Para ello se diseña un sistema de trasmisión de movimiento, el cual consiste en la implementación de un par de piñones, de engranes cónicos y una cadena, y de esta manera, la energía mecánica llegará al eje del generador para así, lograr la obtención de energía eléctrica. El sistema de acople se realiza porque la velocidad del viento no es constante, por tal motivo la generación de energía eléctrica se ve afectada y no cumple los objetivos diarios de almacenamiento de este recurso, con esta mejora la carga de la batería va hacer en menor tiempo y de mayor provecho para el usuario.1. INTRODUCCIÓN...................................................................................................... 13 2. OBJETIVOS............................................................................................................. 14 2.1. OBJETIVO GENERAL........................................................................................... 14 2.2. OBJETIVO ESPECIFICO...................................................................................... 14 3. ESTADO DEL ARTE................................................................................................ 15 3.1 DOCUMENTOS DE INVESTIGACIÓN................................................................... 15 3.2 PRODUCTOS DE MERCADO ............................................................................... 16 4. MARCO TEORICO................................................................................................... 17 4.1 BICICLETA .................................................................................................... 17 4.2 SISTEMAS DE TRANSMISIÓN ..................................................................... 17 4.2.1 TRANSMISIÓN A CADENA........................................................................ 17 4.2.2 TRANSMISIÓN POR RUEDAS DE FRICCIÓN .......................................... 18 4.2.3 TRANSMISIÓN POR CORREAS................................................................ 18 4.2.4 TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES......................................................... 19 4.3 ENERGÍA EÓLICA......................................................................................... 21 4.3.1 HISTORIA .................................................................................................. 21 4.3.2 ORIGEN DEL VIENTO ............................................................................... 22 4.3.3 ENERGÍA OBTENIBLE DEL VIENTO ........................................................ 22 4.4 GENERADOR DE FLUJO AXIAL DE IMAN PERMANENTE.......................... 24 4.4.1 MATERIALES FERROMAGNETICOS........................................................ 25 4.5 AEROGENERADORES ................................................................................. 25 4.5.1 AEROGENERADOR DE EJE VERTICAL................................................... 26 4.6 POTENCIA MECÁNICA................................................................................. 27 4.6.1 MEDIDOR DE POTENCIA PARA CICLISMO............................................. 28 4.7 POTENCIA ELÉCTRICA................................................................................ 28 4.7.1 POTENCIA EN CORRIENTE CONTINUA.................................................. 28 3.2.1 POTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA .................................................... 29 3.2.2 RECTIFICADOR TRIFÁSICO..................................................................... 29 3.3 REGULADOR DE CARGA............................................................................. 30 3.4 INTERFAZ ..................................................................................................... 30 3.5 ARDUINO ...................................................................................................... 31 3.5.2 MEDIDOR VOLTAJE.................................................................................. 31 5. METODOLOGIA ...................................................................................................... 32 6. DISEÑO.................................................................................................................... 33 6.1. PROPUESTAS DE DISEÑO .......................................................................... 33 6.2. SELECCIÓN DE DISEÑO.............................................................................. 33 6.3. DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADOR..................................................... 35 7. SIMULACIÓN CAD .................................................................................................. 37 7.1. ANÁLISIS ESTÁTICO.................................................................................... 37 7.1.1. ESTRUCTURA........................................................................................... 37 7.1.2. EJE VERTICAL .......................................................................................... 38 7.1.3. EJE HORIZONTAL..................................................................................... 39 7.1.4. SOPORTE BICICLETA............................................................................... 40 7.2. ANÁLISIS DINÁMICO.................................................................................... 41 8. ANÁLISIS TEÓRICO................................................................................................ 42 8.1. FUERZA DEL VIENTO................................................................................... 42 8.1.1. LATERAL CON ESCALERA....................................................................... 42 8.1.2. LATERAL SIN ESCALERA......................................................................... 43 8.2. TORQUE ....................................................................................................... 43 8.2.1. BICICLETA................................................................................................. 43 8.2.2. TRANSMISIÓN BICICLETA – AEROGENERADOR................................... 45 8.3. CÁLCULO DE FATIGA .................................................................................. 47 8.3.1. ESTRUCTURA........................................................................................... 47 8.3.2. EJE VERTICAL .......................................................................................... 49 8.3.3. EJE HORIZONTAL..................................................................................... 50 9. RESULTADOS......................................................................................................... 52 9.1. RESULTADOS ESPERADOS........................................................................ 52 9.2. CRONOGRAMA............................................................................................. 52 9.3. COMPONENTES MECÁNICOS..................................................................... 53 9.4. COMPONENTES ELÉCTRICOS ................................................................... 56 9.4.1. CONEXIÓN ELECTRÓNICA ...................................................................... 58 9.5. ENSAMBLE TRANSMISIÓN PARA AEROGENERADOR.............................. 60 9.6. ENSAMBLE COMPONENTES....................................................................... 61 9.7. MONTAJE FINAL........................................................................................... 63 9.8. INTERFAZ ..................................................................................................... 63 9.9. PRUEBAS DE VALIDACIÓN ......................................................................... 64 9.9.1. CALIBRACIÓN DE SENSORES................................................................. 64 9.9.2. SISTEMA.................................................................................................... 66 9.10. MATERIALES - PRECIOS ............................................................................. 75 10. CONCLUSIONES ................................................................................................. 77 11. REFERENCIAS .................................................................................................... 78 12. ANEXOS............................................................................................................... 82 12.1. CÓDIGO ARDUINO....................................................................................... 82 12.2. PLANOS ESTRUCTURA SOPORTE AEROGENERADOR ........................... 83PregradoThe present project aims to develop a human-powered electric energy generation system assisted by a vertical axis wind turbine to produce energy constantly. The system is composed of a vertical axis wind turbine with three blades coupled to a human traction mechanism, since it is necessary to achieve a change of mentality with respect to obtaining electrical energy, and human traction is a good option especially in non-interconnected areas. It is noted that the general purpose is to create energy from human traction and the wind turbine will help the traction mechanism to create additional electrical energy. For this purpose, a motion transmission system is designed, which consists of the implementation of a pair of sprockets, bevel gears and a chain, and in this way, the mechanical energy will reach the axis of the generator in order to obtain electrical energy. The coupling system is carried out because the wind speed is not constant, for this reason the generation of electrical energy is affected and does not meet the daily objectives of storage of this resource, with this improvement the battery charge will be made in less time and greater benefit to the user.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Sistema de generación de energía eléctrica por tracción humana asistida con aerogeneradorElectric power generation system by human traction assisted with a wind turbineIngeniero MecatrónicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronicElectrical energyWind turbineMechanical energyElectric powerEnergetic resourcesData transmission systemMecatrónicaEnergía eléctricaRecursos energéticosSistema de transmisión de datosEnergía eléctricaAerogeneradorEnergía mecánicaChávez, S. (2010). Diseño De Un Micro-Aerogenerador De Eje Vertical (Tesis de pregrado). Universidad Nacional Autónoma De México, México D.FEntendiendo a la pobreza, Energía. (2018). Banco Mundial. Disponible en: https://www.bancomundial.org/es/topic/energy/overview#1Informe Estadístico Mundial de energía de BP 2018. (2018). British Petroleum. Disponible en: https://www.bp.com/es_mx/mexico/InformeEstadisticoMundial-BP2018.html.Casner, D., Renaud, J., Houssin, R., & Knittel, D. (2012). A novel design approach for mechatronic systems based on multidisciplinary design optimization. In ICAM 2012: International Conference on Automation and Mechatronics (pp. 2010-376XD’Agostino, A (2014). Diseño de Producto: Generación de Energía Eléctrica a Partir de Bicicletas Fijas de Indoor (Tesis de pregrado). Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba – ColombiaVon Drais, K., & McCal, T. Diseño de un sistema de generación de energía eléctrica a partir de bicicletas estáticasBielak, C., Nowopolski, K., & Wicher, B. (2013). Static and dynamic ergonomic corrects of torque controlled in bicycle ergometer. 2013 18th International Conference on Methods & Models in Automation & Robotics (MMAR).S. Koudad, H. Mahmoudi and L. El Menzhi, "Mechanical study of a vertical axis wind turbine," 2016 International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM), AnacapriBini, R. R., & Carpes, F. P. (Eds.). (2014). Biomechanics of cycling. SpringerIntermec. (2013). La transmisión de potencia por cadena de rodillos. Manual de selección.Intermec. (2013). Transmisiones por correas dentadas de tiempo y sincrónicas. Manual de selecciónNorton, R. L. (2011). Diseño de máquinas Un enfoque integrado (Cuarta)Carrillo, M. Medina, C. Mayorga, A. (2018). Caracterización de un generador de flujo axial para aplicaciones en energía eólica. Ingenius, N°19. pp.19-28Murillo, J. (2012). Diseño de un alternador de flujo axial con imanes permanestes (Tesis). Escuela universitaria de ingeniería técnica industrial, Zaragoza, EspañaSánchez, T & Chiroque, J. & Ramírez, S. Evaluación y caracterización de un aerogenerador de 100 [W] (Investigación). Universidad nacional de ingeniería, Irtermediate technology development group. Lima, PeruMcGuan, A. (2018). Bicycle power meter (Investigation). California Polytechnic State University, San Luis ObispoMcainsh, R. (2014). Design and Engineering of an Accurate Bicycle Power MeterArduino (2016). Arduino y java. Recuperado de: http://playground.arduino.cc/interfacing/javaVisual Studio - Microsoft (2019). Recuperado de: https://visualstudio.microsoft.com/es/?rr=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2FArduino, S. A. (2015). Arduino. Arduino LLCEl Tiempo (2017). Charla con un duro de la bici de ruta, el deporte de moda. Disponible en https://www.eltiempo.com/vida/salud/consejos-de-salud-para-hacer-ciclismo-de-ruta64208Liu, Z., Qu, H., & Shi, H. (2016). 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Sistema de generación de energía eléctrica por tracción humana asistida con aerogenerador

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