Diseño y construcción de la etapa de generación y almacenamiento de energía de un aerogenerador de eje vertical de pequeña escala (>=300w de potencia en el eje)

La falta de cubrimiento de la red eléctrica en Colombia es una situación que genera serios problemas en cuanto al acceso a servicios básicos de un porcentaje alto de la población rural, debido a que se disminuye la calidad de vida de estas personas y se generan unas deficiencias en cuanto a la posib...

Full description

Autores:
González Cárdenas, Álvaro Julián
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2019
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
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Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/16447
Palabra clave:
Mechatronic
Wind
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Illumination
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Energy generation
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Mecatrónica
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Este trabajo de grado propone una solución para el aprovechamiento de la energía del viento llamada energía eólica, por medio de un aerogenerador de eje vertical que supliría las necesidades de consumo de energía eléctrica básica de una vivienda rural.1. OBJETIVOS _________________________________________________ 1 1.1. OBJETIVO GENERAL _____________________________________ 1 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ________________________________ 1 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACION __________ 2 3. MARCO TEÓRICO__________________________________________ 8 3.1. ENERGÍA EÓLICA ________________________________________ 8 3.2. CONVERSIÓN DE LA ENERGÍA EÓLICA EN ENERGÍA ELÉCTRICA 8 3.3. CLASIFICACIÓN DE LOS AEROGENERADORES SEGÚN LA CAPACIDAD DE GENERACIÓN __________________________________ 9 3.3.1. MICROTURBINAS (<3kW) ________________________________ 9 3.3.2. PEQUEÑOS AEROGENERADORES (<50kW) _______________ 10 3.3.3. GRANDES AEROGENERADORES (<850kW) _______________ 11 3.3.4. AEROGENERADORES MULTIMEGAWATT (1-3mW) _________ 11 3.4. CLASIFICACIÓN DE LOS AEROGENERADORES SEGÚN EL NÚMERO DE HÉLICES ________________________________________ 11 3.4.1. HÉLICES DE UNA PALA ________________________________ 11 3.4.2. HÉLICES DE DOS PALAS_______________________________ 12 3.4.3. HÉLICES DE TRES PALAS ______________________________ 13 3.4.4. HÉLICES MULTIPALAS ________________________________ 13 3.5. TIPOS DE AEROGENERADORES DE EJE VERTICAL _________ 14 3.5.1. SAVONIUS ___________________________________________ 14 3.5.2. DARRIEUS ___________________________________________ 15 3.5.3. DARRIEUS TIPO H O GIROMILL _________________________ 16 3.5.4. PROTOTIPO WINDSIDE ________________________________ 17 3.6. CRITERIOS DE DISEÑO DEL GENERADOR DE FLUJO AXIAL DE IMANES PERMANENTES. ______________________________________ 18 3.6.1. CIRCUITOS MAGNÉTICOS UTILIZADOS PARA EL GENERADOR: _______________________________________________ 18 3.6.2. Equipos de Rectificación de potencia: ____________________ 20 3.6.3. Sistema de rectificación y regulación_____________________ 24 3.6.4. Rectificadores trifásicos _______________________________ 25 4. METODOLOGIA __________________________________________ 26 5. ESTADO DEL ARTE _______________________________________ 28 6. DETERMINACION DE LA POTENCIA NOMINAL ________________ 33 7. DETERMINACIÓN DEL NUMERO DE POLOS Y DE BOBINAS DEL GENERADOR ________________________________________________ 36 7.1. Número de polos________________________________________ 36 7.2. Número de bobinas _____________________________________ 38 7.3. Cálculo del voltaje requerido por fase ______________________ 38 8. DETERMINACIÓN DE CARGA, BATERIAS Y CÁLCULOS DEL REGULADOR ________________________________________________ 40 8.1. Cálculo de cargas y baterías ______________________________ 40 8.2. Cálculos de Regulador ___________________________________ 41 9. DEFINICIÓN DE LA GEOMETRÍA DEL GENERADOR Y SUS PARTES 41 9.1. Definición de componentes Mecánicos del Generador ________ 43 9.1.1. Componentes ________________________________________ 43 9.1.2. Ensamble Completo ___________________________________ 45 9.1.3. Ensamble Generador __________________________________ 46 10. INSTRUMENTACIÓN Y COMPONENTES ____________________ 48 10.1. Anemómetro UNI-T UT363 ________________________________ 48 10.2. Encoder óptico LPD3806 _________________________________ 49 10.3. Arduino Mega __________________________________________ 50 10.4. Regulador solar de Carga 12V-24V, 30 A ____________________ 51 10.5. Rectificador Trifásico ____________________________________ 52 10.6. Batería DC 12V _________________________________________ 53 10.7. Construcción del Generador ______________________________ 54 10.8. Consideraciones y cambios en el diseño ___________________ 56 11. PROTOCOLO DE PRUEBAS EXPERIMENTALES _____________ 58 12. VALIDACIÓN EXPERIMENTAL ____________________________ 61 12.1. Velocidad del generador _________________________________ 62 12.1.1. Toma de Datos 1 ______________________________________ 63 12.1.2. Toma de Datos 2 ______________________________________ 66 13. PRUEBA DE CARGA DE LA BATERÍA ______________________ 67 14. MONTAJE _____________________________________________ 70 15. SIMULACIÓN ___________________________________________ 77 16. CARACTERIZACION DE GENERADOR EN AMBIENTE CONTROLADO _______________________________________________ 82 17. PRESUPUESTO _________________________________________ 85 19. BIBLIOGRAFÍA _________________________________________ 89 20. ANEXOS _______________________________________________ 95 20.1. Anexo A: Planos ________________________________________ 95 20.2. Anexo B: Código Arduino lectura de Voltaje y Velocidad _____ 102PregradoThe lack of coverage of the electricity network in Colombia is a situation that generates serious problems in terms of access to basic services for a high percentage of the rural population, due to the fact that the quality of life of these people is reduced and that this generates deficiencies regarding the possibility of developing multiple activities that depend on the availability of electricity. This work proposes a solution for the use of wind energy, called wind energy, by means of a vertical axis wind turbine that would supply the basic electricity consumption needs of a rural house.Modalidad Presencialapplication/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_abf2Diseño y construcción de la etapa de generación y almacenamiento de energía de un aerogenerador de eje vertical de pequeña escala (>=300w de potencia en el eje)Design and construction of the energy generation and storage stage of a small-scale vertical axis wind turbine (>=300w axis power)Ingeniero 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/TPMechatronicWindExploitationIlluminationWind turbineEnergy generationElectricity (generators)Energetic resourcesNatural resourcesMecatrónicaGeneración de energíaElectricidad (generadores)Recursos energéticosRecursos naturalesAerogeneradorEólicaVientoAprovechamientoIluminaciónEspitia, C. Puerto, L. (2014). Diseño y construcción de un mini aerogenerador de eje vertical. Proyecto de grado. Facultad de Ingeniería, Universidad Militar Nueva Granada. Bogotá, Colombia.Antezana, J. (2004). Diseño y Construcción de un Prototipo de Generador Eólico de Eje. Proyecto de grado. Departamento de Ingeniería Eléctrica, Universidad de Chile. Santiago de ChileArbeloa, L. Zurita, J. (2012). Diseño de un aerogenerador de eje vertical tipo savonius para electrificación rural. Proyecto de grado. Escuela técnica Superior de Ingenieros Industriales y Telecomunicaciones. Universidad Pública de Navarra. Pamplona, España.Fundación Natura. Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible. WWF Colombia. (2016). El acuerdo de parís. Así actuará Colombia frente al cambio climático. Obtenido de la web el día 02 de noviembre de 2017. URL: http://www.minambiente.gov.co/images/cambioclimatico/pdf/colombia_hacia_la_COP21/el_acuerdo_de_paris_frente_a_cambio_climatico.pdfGobernación de Santander. 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