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SISTEMA GENERADOR DE POTENCIA ELÉCTRICA UTILIZANDO COMO FUENTE ENERGÍA EÓLICA.

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Academic year: 2022

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.

UNIVERSIDAD DR. RAFAEL BELLOSO CHACÍN.

FACULTAD DE INGENIERÍA.

ESCUELA DE ELECTRÓNICA.

SISTEMA GENERADOR DE POTENCIA ELÉCTRICA UTILIZANDO COMO FUENTE ENERGÍA EÓLICA

.

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA.

PRESENTADO POR:

Br. CHIRINO, GERARDO.

Br. QUIVERA, MAURA.

ASESORADO POR:

Ing. ELIZABET DE ALCÁNTARA.

Soc. MARIBEL ORDOÑEZ.

MARACAIBO, MARZO 2003

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SISTEMA GENERADOR DE POTENCIA ELÉCTRICA

UTILIZANDO COMO FUENTE ENERGÍA EÓLICA

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A mi Madre, pilar fundamental de mi vida y mis sueños, quien me impulso para emprender ésta aventura, logrando culminarla con éxito.

A mis Hermanos por ser fuente de inspiración y lucha en mi vida A mi novio Alonso, quien siempre estuvo a mi lado dándome palabras de

aliento, secando mis lágrimas y apoyándome para seguir adelante.

A DIOS por llevarme por el camino correcto para lograr satisfactoriamente mis metas.

Y a todas aquellas personas que de una u otra forma aportaron un granito de arena para que culminara ésta etapa.

Maura Quivera

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A Mi Padre, por ser mi ejemplo y brindarme su apoyo incondicional en los momentos difíciles.

A Mi Madre, por ser pilar fundamental en la meta que hoy estoy logrando.

A Mis Hermanos, por alentarme a seguir adelante.

A Mi Novia, por estar siempre a mi lado en todos los momentos.

A DIOS, por cumplirme éste sueño y darme la oportunidad de seguir adelante.

Gerardo Chirino

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AGRADECIMIENTO

A DIOS, por permitirnos cumplir este paso tan importante en la vida.

A Nuestros Padres, por apoyarnos siempre en nuestro sueño de ser profesionales.

A la Mcs Maribel Ordóñez, por ayudarnos a la finalización de nuestro proyecto de investigación, a pesar de las diversas dificultades.

A la Prof. Johanna Ferrer, por enseñarnos la importancia de la responsabilidad y la puntualidad.

A la URBE, por ser la casa de estudios que en este momento nos prepara para la realización de nuestras metas en al vida.

A todas aquellas “ personas “ que aportaron un granito de arena para que se hicieran realidad nuestros mas anhelados deseos.

A todos Gracias.

Gerardo / Maura.

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ÍNDICE GENERAL.

ÍNDICE GENERAL Pág.

VEREDICTO... iii

DEDICATORIA... iv

AGRADECIMIENTO... vi

ÍNDICE GENERAL... vii

ÍNDICE DE ANEXOS………. xi

RESUMEN... xii

ABSTRACT ... xiii

INTRODUCCIÓN... 1

CAPITULO. I. EL PROBLEMA. A. Planteamiento del Problema. ... 5

B. Objetivos de la Investigación. ... 8

1. Objetivo General. ... 8

2. Objetivos Específicos. ... 8

C. Justificación de la Investigación. ... 9

D. Delimitación de la Investigación. ... 10

II. MARCO TEÓRICO A. Antecedentes de la investigación. ... 12

B. Fundamentacion Teórica ... 16

1. Energía. ... 16

(9)

1.1 Energía Eólica ... 18

2. Sistemas de bombeo de agua. ... 19

3. Sistemas de transmisión... 23

4. Mecanismos de control. ... 25

5. Vientos. ... 27

5.1 Clasificación de los vientos ... 27

5.1.1. Vientos dominantes ... 27

5.1.2. Vientos estacionales ... 29

5.1.3. Vientos locales ... 30

5.1.4. Vientos ciclónicos y anticiclónicos... 30

5.2. Mediciones del viento... 33

5.2.1. Sistemas de medición ... 34

5.3 . Escala de Beaufort... 35

5.4 . Recolección de datos y régimen de vientos. ... 35

6. Metodología para el análisis de emplazamientos de sistemas de Conversión eólica ... 37

6.1. Tipos de superficies ... 37

6.1.1. Rugosidad uniforme ... 38

6.1.2. Cambios de rugosidad. ... 38

6.1.3. Barreras en terrenos llanos ... 39

6.1.4. Emplazamientos en terrenos no llanos ... 39

(10)

7. Consideraciones de diseño de un sistema conversor de energía eólica

(SCEE) ... 41

7.1. Características del equipo ... 42

8. Molinos... 44

8.1. Aplicaciones y desarrollo ... 45

8.2. Molinos de eje vertical ... 46

8.2.1. Principios de operación... 47

8.2.2. Rendimiento... 48

8.2.3. Aplicaciones... 49

8.2.4. Rotor Darrieus. ... 50

8.2.4.1. Principios de operación ... 51

8.2.4.2. Rendimiento ... 53

8.2.4.3. Aplicaciones ... 53

8.3. Molinos de eje horizontal ... 54

9. Motores y generadores eléctricos ... 57

9.1 . Generadores de corriente continua ... 60

9.2. Motores de corriente continua ... 62

9.3. Generadores de corriente alterna ( alternadores) ... 64

9.4. Motores de corriente alterna ... 65

10. Otros tipos de máquinas ...67

11. Almacenamiento de energía eólica ...68

11.1. Acumuladores y Baterías ...70

(11)

12. Microcontroladores ...74

12.1. Microcontrolador 16F877 ...75

C. Definición de Términos Básicos ...76

D. Sistema de Variables ... 78

III. MARCO METODOLÓGICO. A. Tipo de investigación ... 81

B. Técnicas e instrumentos de recolección de información ... 82

C. Etapas o fases para el desarrollo del Sistema Generador de Potencia Eléctrica utilizando como fuente Energía Eólica ...83

D. Herramientas y Materiales ...86

IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN A. Definición conceptual del modelo...89

B. Objetivos del modelo...90

C. Estructura del modelo...90

1. Etapa I ...90

2. Etapa II ...95 CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ANEXOS

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ÍNDICE DE ANEXOS

1. Sistemas alternativos……… 104

2. Generador eólico……… 105

3. Escala de Beaufort………. 106

4. Molinos………. 107

5. Molino de eje vertical………. 108

6. Molino de eje horizontal………. 109

7. Acumuladores o Baterías……….. 110

8. Tabla de resultados……… 111

9. Diagrama de flujo del proceso de diseño……… 112

10. Programa de instrucciones……….. 113

11. Diagrama electrónico……… 132

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Chirino Villalobos, Gerardo José; Quivera, Maura Isabel. “ Sistema generador de potencia eléctrica utilizando como fuente energía eólica “.

Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín. Facultad de Ingeniería. Escuela de Electrónica. Tesis de Grado. Maracaibo, 2003.

RESUMEN

El propósito de éste estudio fue el desarrollo de un sistema generador de potencia eléctrica utilizando como fuente energía eólica, el cual propone una solución al déficit energético existente en la actualidad. La metodología utilizada en la investigación fue la propuesta por Savant, Roden y Carpenter, dividida en cinco pasos: Definir el problema, subdividir el problema, crear la documentación, construir el prototipo y finalizar el diseño, adicionando por parte de los investigadores una etapa que hace mención a la evaluación del sistema. El tipo de investigación utilizada es la de tipo aplicada, descriptiva y de campo. En las diversas pruebas realizadas al sistema, se comprobó el funcionamiento del mismo, cumpliendo así con el objetivo principal de la investigación, que hace referencia a la conversión de la energía eólica en energía eléctrica, dentro de los resultados obtenidos se contempla la generación de voltaje, esto necesario para el cumplimiento de el objetivo general de la investigación . Es preciso mencionar que éste trabajo especial de grado pretende ser el punto de partida en el desarrollo de sistemas generadores de potencia utilizando como fuente energía eólica.

Palabras Claves: Energía, Potencia, Eólica, Generador, Déficit.

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Chirino Villalobos, Gerardo José; Quivera, Maura Isabel. “ Generating system of electrical power using like source Aeolian energy ”. University Dr.

Rafael Belloso Chacín. Faculty of Engineering. School of Electronics. Thesis of Degree. Maracaibo, 2003.

ABSTRACT

The intention of this one study was the development of a generating system of electrical power using like source Aeolian energy, which proposes a solution to the existing power deficit at the present time. The methodology used in the investigation was the proposal by Savant, Roden and Carpenter, divided in five steps: To define the problem, to subdivide the problem, to create the documentation, to construct the prototype and to finalize the design, adding on the part of the investigators a stage that makes mention to the evaluation of the system. The type of used investigation is the one of applied, descriptive type and of field. In the diverse tests made to the system, the operation of the same one was verified, thus fulfilling the primary target of the investigation, that makes reference to the conversion of the Aeolian energy in electrical energy, within the obtained results is contemplated the voltage generation, this necessary one for the fulfillment of the general mission of the investigation. It is precise to mention that this one special work of degree tries to be the departure point in the development of generating systems of power using like source Aeolian energy.

Key words: Energy, Power, Aeolian, Generating, Deficit.

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INTRODUCCIÓN

Actualmente, la energía eléctrica se ha convertido en uno de los problemas más imperativos e importantes. La necesidad de suministrar a comunidades rurales distantes y dispersas, donde el suministro de agua potable y energía eléctrica no llega por la vía convencional a través de tendidos alimentados por los centros de distribución, está representando para el hombre un gran problema y un gran reto para lograr el desarrollo de un país.

La gran mayoría de los países, tanto en desarrollo como industrializados, se ven afectados por demandas crecientes de energía para satisfacer sus metas de desarrollo económico y social, por lo que el utilizar las fuentes no convencionales de energía representa una vía para solucionar éste problema.

Entre una de las tantas fuentes no convencionales de energía tenemos la energía eólica, la cual proviene del movimiento del viento, siendo ésta una de las mas explotadas por el hombre para satisfacer sus necesidades de desarrollo.

Esta investigación presenta como solución al problema energético planteado, la implantación de generadores eólicos en las poblaciones de

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difícil acceso, así como también para aumentar la capacidad de las redes de distribución de energía tradicionales.

La investigación está constituida por cuatro capítulos que abarcan lo siguiente:

El capitulo I, describe todo lo relacionado con El Problema en estudio, es decir, lo plantea, lo delimita y lo justifica para lograr tener una visión general de las condiciones bajo las cuales se realiza la investigación.

El capitulo II, denominado Marco Teórico, esta constituido por todos los aspectos conceptuales que se encuentran relacionadas con la investigación, además contienen una revisión literaria de los trabajos realizados anteriormente y que se encuentran relacionados con ésta investigación, así como también realiza una definición tanto de los términos básicos como las variables de estudio.

El capitulo III, Marco Metodológico, especifica el tipo y el diseño de la investigación, la metodología empleada y las diferentes herramientas y equipos utilizados.

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El capitulo IV, denominado Resultados de la Investigación, describe todas las actividades realizadas a partir de la metodología seleccionada en el capitulo III.

Dentro de las Conclusiones de la investigación se habla acerca de la demostración de la transformación de la energía eólica en energía eléctrica a través de un motor DC, también se hace mención de la estabilización del voltaje y la ventaja de este sistema como propuesta de fuente alternativa no contaminante y confiable.

En las Recomendaciones se propuso la utilización de materiales ligeros y resistentes, protección del sistema de la intemperie con materiales aislantes colocados en la parte electrónica, la debida lubricación del sistema mecánico, la implantación de un sistema de seguridad para el control de giro de las aspas, la utilización del sistema en lugares adecuados a su función principal y por ultimo la utilización de un banco de baterías para la optimización del sistema.

Referencias

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