Cdigo: F.PT.01
Proyectos Ingeniera Mecatrnica IIRevisin: 07
Fecha de aprobacin: 2012-09-18
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Ingeniera Mecatrnica
Estudiante: Nombre: Lema Satuquinga Edison Patricio
Paralelo: 9TE Fecha: 14 Abril 2014
Materia: Proyectos de ingeniera Mecatrnica II
Informe: Visita tcnica al parque elico Villonaco.
1. Antecedentes Energas renovablesLas energas renovables son
aquellas energas que provienen de recursos naturales que no se
agotan y a los que se puede recurrir de manera permanente. Su
impacto ambiental es nulo en la emisin de gases de efecto
invernadero como el CO2. Se consideran energas renovables la energa
solar, la elica, la geotrmica, la hidrulica y la elctrica. Tambin
pueden incluirse en este grupo la biomasa y la energa
mareomotriz.Energa elicaLa energa elica es una de las energas
abundantes y renovables de la naturaleza. Proviene de la conversin
de la energa cintica que traen las masas de aire en movimiento
hacia energa mecnica y luego a energa elctrica. Para conseguir esta
conversin se utilizan mquinas llamadas aerogeneradores. Estos
dispositivos, a travs de una superficie aerodinmica expuesta al
viento, producen trabajo mecnico en un eje. Existen variados diseos
aerodinmicos para adaptar distintos tipos de aerogeneradores a las
condiciones climticas de cada zona.Como recurso energtico el viento
es abundante, aunque tambin variable. Esto produce importantes
fluctuaciones en la entrega de energa de los aerogeneradores. En la
actualidad existen dos tipos de aplicaciones para la energa mecnica
obtenida a partir del viento. Las instalaciones para la produccin
de electricidad y las instalaciones de bombeo de agua.
AerogeneradoresUn aerogenerador es un generador elctrico movido por
una turbina accionada por el viento (turbina elica). Se inspira en
los molinos de viento que se empleaban para la molienda de los
cereales y la obtencin de harina.Un conjunto de aerogeneradores
forman una central elica. En general las mejores zonas de vientos
se encuentran en la costa, debido a las corrientes trmicas entre el
mar y la tierra; las grandes llanuras continentales, por razones
parecidas, y las zonas montaosas, donde se producen efectos de
aceleracin local. Tipos de aerogeneradoresSEGUN EL EJE DEL
ROTOR.-Eje vertical: Sus principales ventajas son que no necesita
un sistema de orientacin al ser omnidireccional y que el generador,
multiplicador, etc., son instalados a ras de suelo, lo que facilita
su mantenimiento y disminuyen sus costes de montaje. Sus
desventajas frente a otro tipo de aerogeneradores son sus menores
eficiencias, la necesidad de sistemas exteriores de arranque en
algunos modelos, y que el desmontaje del rotor por tareas de
mantenimiento hace necesaria que toda la maquinaria del
aerogenerador sea desmontada.Aerogenerador con rotor Savonius: Es
el modelo ms simple de rotor, consiste en cilindros huecos
desplazados respecto su eje, de forma que ofrecen la parte cncava
al empuje del viento, ofreciendo su parte convexa una menor
resistencia al giro. Se suele mejorar su diseo dejando un espacio
entre ambas caras para evitar la sobre presin en el interior de la
parte cncava. Pueden construirse superponiendo varios elementos
sobre el eje de giro.No son tiles para la generacin de electricidad
debido a su elevada resistencia al aire. Su bajo coste y fcil
construccin les hace tiles para aplicaciones mecnicas.
Figura 1: Aerogenerador Tipo Savonius.Aerogenerador con rotor
Darrieus: Patentado por G.J.M. Darrieus en 1931, es el modelo de
los aerogeneradores de eje vertical de ms xito comercial. Consiste
en un eje vertical asentado sobre el rotor, con dos o ms finas
palas en curva unidas al eje por los dos extremos, el diseo de las
palas es simtrico y similar a las alas de un avin, el modelo de
curva utilizado para la unin de las palas entre los extremos del
rotor es el de Troposkien, aunque puede utilizarse tambin
catenarias. Evita la necesidad de diseos complejos en las palas
como los necesarios en los generadores de eje horizontal, permite
mayores velocidades que las del rotor Savonius, aunque sin alcanzar
las generadas por los modelos de eje horizontal, pero necesita de
un sistema externo de arranque.
Figura 2: Aerogenerador Tipo Darrieus.Aerogenerador con rotor
Giromill: Este tipo de generadores tambin fueron patentados por
G.J.M. Darrieus. Consisten en palas verticales unidas al eje por
unos brazos horizontales, que pueden salir por los extremos del
aspa e incluso desde su parte central. Las palas verticales cambian
su orientacin a medida que se produce el giro del rotor para un
mayor aprovechamiento de la fuerza del viento.
Figura 3: Aerogenerador Tipo Giromill.Aerogenerador con rotor
Windside: Es un sistema similar al rotor Savonius, en vez de la
estructura cilndrica para aprovechamiento del viento, consiste en
un perfil alabeado con torsin que asciende por el eje vertical. La
principal diferencia frente a otros sistemas de eje vertical es el
aprovechamiento del concepto aerodinmico, que le acerca a las
eficiencias de los aerogeneradores de eje horizontal.
Figura 4: Aerogenerador Tipo Windside.-Eje horizontal: En la
actualidad la gran mayora de los aerogeneradores que se construyen
conectados a red son tripalas de eje horizontal. Los
aerogeneradores horizontales tienen una mayor eficiencia energtica
y alcanzan mayores velocidades de rotacin por lo que necesitan caja
de engranajes con menor relacin de multiplicacin de giro, adems
debido a la construccin elevada sobre torre aprovechan en mayor
medida el aumento de la velocidad del viento con la altura.Los
modelos de eje horizontal puede subdividirse a su vez por el nmero
de palas empleado, por la orientacin respecto a la direccin
dominante del viento y por el tipo de torre utilizada:Tripala: Es
el ms empleado en la actualidad, consta de 3 palas colocadas
formando 120 entre s. Un mayor nmero de palas aumenta el peso y
coste del aerogenerador, por lo que no se emplean diseos de mayor
numero de palas para fines generadores de energa de forma
comercial, aunque si para fines mecnicos como bombeo de agua etc.
Figura 5: Aerogenerador Tipo TripalaBipala: Ahorra el peso y coste
de una de las palas respecto a los aerogeneradores tripala, pero
necesitan mayores velocidades de giro para producir la misma energa
que aquellos. Para evitar el efecto desestabilizador necesitan de
un diseo mucho ms complejo, con un rotor basculante y
amortiguadores que eviten el choque de las palas contra la
torre.
Figura 6: Aerogenerador Tipo Bipala.Monopala: Tienen, en mayor
medida, los mismo inconvenientes que los bipala, necesitan un
contrapeso en el lado opuesto de la pala, por lo que el ahorro en
peso no es tan significativo.
Figura 7: Aerogenerador Tipo Monopala.Orientadas a barlovento:
Cuando el rotor se encuentra enfocado de frente a la direccin del
viento dominante, consigue un mayor aprovechamiento de la fuerza
del viento que en la opcin contraria o sotavento, pero necesita un
mecanismo de orientacin hacia el viento. Es el caso inmensamente
preferido para el diseo actual de aerogeneradores.
Figura 8: Aerogenerador Tipo Barlovento.Orientadas a sotavento:
Cuando el rotor se encuentra enfocado en sentido contrario a la
direccin del viento dominante, la estructura de la torre y la
gndola disminuye el aprovechamiento del viento por el rotor, en
este caso el viento es el que orienta con su propia fuerza a la
gndola, por lo que no son necesarios elementos de reorientacin
automatizada en la teora, aunque si suelen utilizarse como elemento
de seguridad. Las palas y la gndola son construidos con una mayor
flexibilidad que en el caso de orientadas a barlovento.
Figura 9: Aerogenerador Tipo Sotavento.Torres de celosa: Son las
construidas mediante perfiles de acero unidos mediante tornillera.
Son muy baratas y fciles de construir pero necesitan de
verificaciones peridicas de la correcta sujecin de los segmentos de
acero entre s. Necesitan un emplazamiento extra para la instalacin
de los equipos de suelo como sistemas de control o equipos
elctricos, el acceso a la gndola se realiza por escalerillas
exteriores de baja proteccin frente a fuertes vientos y condiciones
climticas adversas. No se utilizan en zonas geogrficas
septentrionales o para aerogeneradores de gran potencia.
Figura 10: Aerogenerador Tipo Torre de Celosia.Torres tubulares:
Consisten en grandes tubos de acero de forma tubular o cnica que
ofrecen en su interior espacio para los equipos de suelo y para el
acceso a resguardo hacia la gndola. Necesitan de una instalacin ms
laboriosa y cara, pero ofrecen una mayor resistencia y menos
mantenimiento necesario que las torres de celosa. Son las ms
empleadas en equipos de generacin de energa.
Figura 11: Aerogenerador Tipo Torre Tubular.SEGUN POTENCIA
SUMINISTRADA.-Equipos de baja potencia: Histricamente son los
asociados a utilizacin mecnica como bombeo del agua, proporcionan
potencias alrededor del rango de 50 KW, aunque pueden utilizarse
varios equipos adyacentes para aumentar la potencia total
suministrada. Hoy en da siguen utilizndose como fuente de energa
para sistemas mecnicos o como suministro de energa en equipos
aislados.Tambin se utilizan en grupo y junto con sistemas de
respaldo como motores de gasolina para suministro de energa de
zonas rurales o edificios, ya sea conectndose a red o con bacterias
para almacenar la energa producida y garantizar la continuidad de
la cobertura energtica.-Equipos de media potencia: Son los que se
encuentran en el rango de produccin de energa de 150 KW. Son
utilizados de forma similar a los equipos de baja potencia pero
para mayores requerimientos energticos. No suelen estar conectados
a bateras de almacenamiento, por lo que se utilizan conectados a
red o junto con sistemas de respaldo.-Equipos de alta potencia: Son
los utilizados para produccin de energa de forma comercial,
aparecen conectados a red y en grupos conformando centrales
eoloelctricas, ya sea en tierra como en entorno marino (offshore).
Su produccin llega hasta el orden del gigavatio. El diseo elegido
mayoritariamente para estos equipos son los aerogeneradores de eje
horizontal tripalas, orientados a barlovento y con torre
tubular.Partes de aerogeneradores de eje horizontal. Las partes
principales de un aerogenerador de eje horizontal son:Rotor: las
palas del rotor, construidas principalmente con materiales
compuestos, se disean para transformar la energa cintica del viento
en un momento torsor en el eje del equipo. Los rotores modernos
pueden llegar a tener un dimetro de 42 a 80 metros y producir
potencias equivalentes de varios MW. La velocidad de rotacin est
normalmente limitada por la velocidad de punta de pala, cuyo lmite
actual se establece por criterios acsticos.Gndola o nacelle: sirve
de alojamiento para los elementos mecnicos y elctricos
(multiplicadora, generador, armarios de control, etc.) del
aerogenerador.Caja de engranajes o multiplicadora: puede estar
presente o no dependiendo del modelo. Transforman la baja velocidad
del eje del rotor en alta velocidad de rotacin en el eje del
generador elctrico.Generador: existen diferente tipos dependiendo
del diseo del aerogenerador. Pueden ser sncronos o asncronos, jaula
de ardilla o doblemente alimentados, con excitacin o con imanes
permanentes. Lo podemos definir como parte del generador que
convierte la energa en electricidad.La torre: sita el generador a
una mayor altura, donde los vientos son de mayor intensidad y para
permitir el giro de las palas y transmite las cargas del equipo al
suelo.Sistema de control: se hace cargo del funcionamiento seguro y
eficiente del equipo, controla la orientacin de la gndola, la
posicin de las palas y la potencia total entregada por el
equipo.
1. Suelo2. Conexin a la red elctrica3. Torre de contencin4.
Escalera de acceso5. Sistema de orientacin6. Gndola7. Generador8.
Anemmetro9. Freno10. Transmisin11. Palas12. Inclinacin de la pala
hacia la derecha13. Buje14. Borde de ataque15. Borde de salida
2. Objetivos de la visitaConocer sobre el proyecto del parque
elico Villonaco.Conocer el uso de la energa elica en el
Ecuador.Conocer el futuro y prximos proyectos elicos en el pas.
3. Condiciones de funcionamiento del parque elico
VillonacoLocalizacin del proyecto:Loja-EcuadorPotencia
instalada:16.5 MWInicio de operacin
comercial:2012Aerogeneradores:11xGW 70/1500 IEC IA/ SAltura de
buje: 65mVelocidad del viento anual promedio:12.4 m/sFactor de
planta:41.6%Energa anual generada:59.57 GWh/aoConexin a la
red:Subestacin Loja (kV)Tipo de tecnologa:Direct DriveTipo de
generador:Imanes permanentesControl de potencia de salida:Pitch
control4. Prospectiva de la Energa elica en el Ecuador ENERSUR EP
ha iniciado un proceso de bsqueda y seleccin de socios estratgicos
pblicos e inversionistas privados internacionales que manifiesten
su inters de participar en el desarrollo de estos proyectos bajo
esquemas de inversin conjunta acogindose a la regulacin 004 -11 del
CONELEC.Ejecutar este Plan de Desarrollo Elico Provincial, permitir
impulsar la concientizacin a nivel nacional de la necesidad de
modificar la normativa regulatoria del sector elctrico ecuatoriano,
que permita estandarizar el precio a pagar por la energa elica en
relacin a los dems pases de Sudamrica y volver atractiva la
rentabilidad y ejecucin de estos proyectos.Con esto se espera
implantar varias plantas elicas en diversas ciudades del pas, para
as aprovechar la condicin geogrfica del pas y aprovecharla
generando energa.5. Beneficios de la energa elica La energa elica
no contamina, es inagotable y frena el agotamiento de combustibles
fsiles contribuyendo a evitar el cambio climtico. Es una tecnologa
de aprovechamiento totalmente madura y puesta a punto.Es una de las
fuentes ms baratas, puede competir e rentabilidad con otras fuentes
energticas tradicionales como las centrales trmicas de carbn
(considerado tradicionalmente como el combustible ms barato), las
centrales de combustible e incluso con la energa nuclear, si se
consideran los costes de reparar los daos medioambientales.El
generar energa elctrica sin que exista un proceso de combustin o
una etapa de transformacin trmica supone, desde el punto de vista
medioambiental, un procedimiento muy favorable por ser limpio,
exento de problemas de contaminacin, etc. Se suprimen radicalmente
los impactos originados por los combustibles durante su extraccin,
transformacin, transporte y combustin, lo que beneficia la
atmsfera, el suelo, el agua, la fauna, la vegetacin, etc.Evita la
contaminacin que conlleva el transporte de los combustibles; gas,
petrleo, gasoil, carbn. Reduce el intenso trfico martimo y
terrestre cerca de las centrales. Suprime los riesgos de accidentes
durante estos transportes: desastres con petroleros (traslados de
residuos nucleares, etc.). No hace necesaria la instalacin de lneas
de abastecimiento: Canalizaciones a las refineras o las centrales
de gas.La utilizacin de la energa elica para la generacin de
electricidad presenta nula incidencia sobre las caractersticas
fisicoqumicas del suelo o su erosionabilidad, ya que no se produce
ningn contaminante que incida sobre este medio, ni tampoco vertidos
o grandes movimientos de tierras.La electricidad producida por un
aerogenerador evita que se quemen diariamente miles de litros de
petrleo y miles de kilogramos de lignito negro en las centrales
trmicas.La energa elica es independiente de cualquier poltica o
relacin comercial, se obtiene en forma mecnica y por tanto es
directamente utilizable.6. ImpactoSocialGeneracin de fuentes de
trabajo durante la construccin de proyecto, creacin de capacidades
locales durante la operacin y mantenimiento del proyecto. (Poblacin
servida 14254.056 habitantes)EconmicoAhorro econmico para el estado
= 13260.216 USD / ao (Costo equivalente de generacin trmica con
disel)Ambiental Energa limpia, no produce emisiones de gases de
efecto invernadero.Reduccin de emisin de CO2 (35928 ton CO2
/ao)Reduccin del uso de combustible disel (4494.988
galones)Impactos ambientales negativos poco significativos: corte
de vegetacin, movimientos de tierra, emisin de ruidos, posible
afectacin a las aves, impacto visual.
Bibliografa:http://www.revistafuturos.info/futuros141/energia_eolica.htmhttp://opex-energy.com/eolica/tipos1_aerogeneradores.html
http://www.consumopolis.es/fichaspedagogicas/bloquec/cas/la_energia_eolica_los_aerogeneradores.pdf
