UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

FRANCISCO DE MIRANDA

ÁREA DE TECNOLOGÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA

COMPLEJO ACADÉMICO SABINO

CONSTRUCCIÓN DE UN AEROGENERADOR DE BAJA

POTENCIA

TUTOR: AUTORES:

Ing. García, Elier Br. Cabrera, Ender V.-18.048.667

C. I: V. -14.227.992 Br. García, Freddy V.-16.850.162

Punto Fijo; Abril 2014

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:

Por medio de ésta investigación se plantea como reto tecnológico construir

un aerogenerador de baja potencia, que produzca 500 watts de potencia por

medio de un diseño lo más pequeño posible que sirva de prototipo para fines

académicos, de manera que se pueda evaluar su comportamiento real ante

diferentes velocidades de viento que permitan condiciones de arranque,

estabilidad, frenado, almacenamiento de energía, calidad del producto, entre

otros.

Al respecto, el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE,

2006, p.61-62) resalta que a nivel mundial los pequeños o

miniaerogeneradores pueden suministrar electricidad a lugares aislados y

alejados de la red eléctrica, son accesibles a muchos usuarios sin necesitar

obra civil, su instalación es sencilla, funciona con vientos moderados y no

requiere de estudios de viabilidad complicados. Técnicamente, estas

aeroturbinas tienen una estructura similar a las grandes, solo que su diseño

es mucho más simple (sistemas de orientación pasivos, generadores

eléctricos robustos de bajo mantenimiento, ausencia de multiplicadores). Su

sencillez de funcionamiento hace que estas pequeñas instalaciones puedan

ser atendidas por los propios usuarios.

En un caso concreto de Latinoamérica, Ramos (2003, p.1) resaltó sobre la

investigación y la crisis del desarrollo tecnológico en Colombia que la

universidad y las empresas estarían separadas y esa crisis se refleja por una

parte en el lento desarrollo que tiene su tecnología producto de un modelo

económico que no se renueva y por otra, la calidad cuestionada de la

universidad. Pensar en un encuentro universidad-empresa, sería una

realidad que se quiere materializar en algo esencial y concreto en donde el

progreso y el éxito del uno pasa por la evolución y la transformación del otro,

previa comprensión y examen de los intereses que los comunican.

En consecuencia, aquí la investigación encontró un aspecto relevante del

que hacer universitario porque además de la vinculación social también se

debe de tomar en cuenta la diversidad de instituciones que existen y la

disponibilidad de los recursos que se disponen para la innovación

tecnológica, donde la tecnología tiene un aporte significativo, ya sea en

industrias de bienes de equipo ó de bienes de consumo.

Según el Ministerio del Poder Popular para la Electricidad (MPPEE, 2013,

p.146), entre los logros del Despacho del Viceministro para Nuevas Fuentes

de Energía Eléctrica y Gestión para el Uso Racional, se logró la supervisión y

diseño de 17 proyectos del sector eléctrico a ser financiados con fondos de la

Ley Orgánica de Ciencia, Tecnología e Innovación (LOCTI), por un monto

total de Bs. 116.902.061,31, lográndose la formulación efectiva de tres (03),

relacionados al área de “Uso Racional y Eficiente de la Energía”. Entre las

instituciones involucradas se encuentran: Corpoelec, Fundelec, Fundación

Instituto de Ingeniería, Universidad Central de Venezuela y Universidad

Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre”.

En tal sentido, la idea de construcción de un prototipo de aerogenerador de

baja potencia representa una potencial oportunidad tecnológica en el Estado

Falcón si se toma en cuenta a la población de 902.847 habitantes según el

Instituto Nacional de Estadística (INE, 2013a) y a las necesidades de empleo

y productividad en pueblos, barrios y sectores populares, entre otros.

Además, el desarrollo comunitario de las poblaciones está limitado por

diferentes factores, entre los cuales, se destaca el marco institucional para la

construcción de mini aerogeneradores que podrían satisfacer necesidades

eléctricas en el sector rural para así garantizar la ejecución de proyectos de

viviendas, fábricas o industrias que impulsen un desarrollo sustentable y

elevar así la calidad de vida de los habitantes en general.

De tal forma, toda esta situación problemática planteada representa una

oportunidad para el Instituto Universitario de Tecnología “Alonso Gamero”

(IUTAG) con la visión de lograr una mayor vinculación social y además

solventar algunas de las deficiencias presupuestarias que suponen un reto

financiero a corto, mediano y largo plazo para las necesidades de

infraestructura, mantenimiento y modernización de talleres, laboratorios,

equipos, maquinas, entre otros.

Tal es el caso del Taller de Maquinas y Herramientas del Departamento de

Mecánica que requiere satisfacer por autogestión sus necesidades de

abastecimiento de insumos para el mantenimiento de los tornos, taladros y

cizallas industriales que se encuentran ubicados en sus instalaciones, así

como también, necesitan laminas de acero y aluminio, discos de esmeril,

tornillos, arandelas, cascos, lentes, guantes, zapatos y bragas de seguridad

industrial, entre otros, para poder llevar a cabo adecuadamente el proceso de

enseñanza – aprendizaje para la población estudiantil de los diferentes

semestres del Programa de Formación en Mecánica tanto a nivel de

Técnicos Superiores Universitarios como de Ingeniería.

En ese sentido, los profesores Alexis Arguelles y Luis Oduver del Taller de

Maquinas y Herramientas del Departamento de Mecánica han manifestado

por medio de una entrevista no estructurada realizada por los autores de ésta

investigación, que antes del año 2010, existía una empresa universitaria

denominada “FUNDAIUTAG” que se encargaba de entre los servicios que se

prestaban, el de administrar los recursos financieros provenientes de

cualquier iniciativa de emprendimiento por parte de los estudiantes de la

institución.

Según Chirinos (2009, pp.23-24), para el año 2007 esta empresa

universitaria se encargaba de administrar unos activos fijos por el orden de

BsF. 6478,64, activos circulantes de BsF.17.400,49, entre otros, por medio

de un Presidente, Asesor Jurídico, Gerente de Calidad y una Secretaria para

encargarse proyectos de análisis de laboratorio, cafetín, librería,

departamento de producción agrícola, departamento de mantenimiento y

departamento de administración.

Al respecto, por medio del Taller de Maquinas y Herramientas del

Departamento de Mecánica se realizaban trabajos de fabricación de tapas de

alcantarillas para HIDROFALCÓN, cuestión que ayudaba a solventar las

deficiencias antes mencionadas, pero como FUNDAIUTAG se quedaba con

el 70% de los ingresos y sólo el 30% llegaba al mencionado taller el proyecto

fue suspendido por desmotivación de los propios estudiantes.

Cabe destacar, que a partir del año 2010 la Comisión de Modernización y

Transformación del IUTAG cierra la empresa FUNDAIUTAG y el Consejo

Directivo de la institución asume el control pleno de todas las actividades que

se realizaban por la mencionada empresa. En esta institución, se tiene el

interés de creación de una empresa universitaria y un nuevo centro de

investigaciones para energías alternativas donde la participación del Taller

de Maquinas y Herramientas sería fundamental en el diseño y fabricación

aerodinámica de turbinas y rotores eólicos para productos tecnológicos de

generación de energía eléctrica. Es así como desde la perspectiva de ésta

investigación, las deficiencias financieras seguirán avanzando y afectando a

las universidades públicas en general en la medida de que éstas no se

adapten a un modelo socio-productivo que pueda satisfacer necesidades

propias y del entorno, ya que, al no diversificar sus ingresos seguirán

dependiendo de los recursos asignados por vía presupuestaría a nivel

nacional, regional ó municipal.

Como parte de la enunciación y abordaje de la problemática expuesta, se

desarrollará una metodología de tipo descriptiva y con un diseño de campo

que permita abordar de manera coherente y sistemática la solución de las

siguientes interrogantes:

¿Cómo será el diseño de aerogenerador de baja potencia?

¿Qué costo tendrá la construcción de un aerogenerador de baja

potencia?

¿Cómo será la construcción de un aerogenerador de baja potencia?

2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

2.1 Objetivo General

Construir un aerogenerador de baja potencia.

2.2 Objetivos Específicos

Caracterizar las tecnologías desarrolladas en aerogeneradores de

baja potencia existentes en el mercado para la producción de

energía eléctrica.

Realizar la Ingeniería básica un aerogenerador de baja potencia.

Desarrollar la Ingeniería de detalle para un aerogenerador de baja

potencia.

Especificar el proceso de fabricación y ensamble de un

aerogenerador de baja potencia.

Evaluar el funcionamiento del aerogenerador de baja potencia.

3. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN

Existen varios aspectos que impulsan la construcción de un aerogenerador

de baja potencia. En primer lugar, el Instituto Nacional de Estadística (INE,

2013b) publicó conforme a los resultados del XIV Censo Nacional de

Población y Vivienda (2011), que en el Estrado Falcón existen 17.273

hogares sin servicios básicos, es decir, hogares sin agua por tubería ni

electricidad por tendido eléctrico (se asume que estarían en zonas aisladas);

en segundo lugar, el MPPEE (2013, p.274) informó que la Fundación para el

Desarrollo del Servicio Eléctrico (FUNDELEC) inauguró durante el año 2012

el Sistema de Generación Eléctrica Híbrido (eólico-fotovoltaico) en el Estado

Falcón beneficiando a 24 viviendas. Por lo tanto, para satisfacer la demanda

de 17.273 hogares sin servicios básicos (ver tabla1), se requiere de muchas

iniciativas institucionales para lograr cumplir con metas a corto, mediano y

largo plazo, donde el Taller de Maquinas y Herramientas del IUTAG puede

llegar a concretar una cuota de aporte para solucionar la problemática actual

en la región.

De tal forma, el estudio se justifica y es pertinente ya que internamente el

IUTAG posee el recurso humano así como los equipos, máquinas y

herramientas necesarios para la construcción del mencionado prototipo.

Externamente, existe un marco legal por la Ley Orgánica de Ciencia,

Tecnología e Innovación (2010) que garantiza la existencia de fuentes de

financiamiento para este de tipo de iniciativa.En tal sentido, desde la

perspectiva metodológica se aportará un diagnóstico, diseño, costos y

construcción del aerogenerador de baja potencia, lo cual servirá como

referencia para estudios similares en la carrera de ingeniería mecánica.

La relevancia social de la presente investigación, se basa precisamente en los

miles de hogares falconianos que requieren que las instituciones públicas sigan

sumando esfuerzos para satisfacer sus necesidades básicas y es en ese

aspecto donde la construcción de un aerogenerador de baja potencia

permitirá determinar costos reales para futuros planes de fabricación masiva

al respecto.

La importancia del presente estudio, radica en el hecho de que servirá como

estudio complementario y vinculante para estudiantes de la carrera de

ingeniería electricista del IUTAG para el diseño y construcción del sistema

eléctrico, sistema de medición y control y la instalación del equipo en una

determinada comunidad de la región falconiana. Además, este proyecto

servirá de referencia como estudio interdisciplinario entre la UNEFM y el

IUTAG como instituciones universitarias pioneras en la innovación

tecnológica en energías alternativas en la región falconiana.

4. ALCANCE DE LA INVESTIGACIÓN

El presente proyecto de comprenderá la construcción de un aerogenerador

de baja potencia basada en un diseño conceptual que genere características

constructivas de lo siguiente: rotor o palas, ejes de transmisión, generador

eléctrico, torre, baterías, convertidores y materiales adecuados. Las

herramientas computacionales a emplear son el Diseño Asistido por

Computadora (DAC) para modelar las partes del ensamble. Se calculará

cada componente usando teorías en el área de mecánica de sólidos y

aerodinámica. Los alabes o paletas giratorias (las cuales hacen parte del

rotor, el que tendrá un diámetro no mayor a 3 mts), el generador eléctrico el

cual se construirá a partir de la selección de imanes permanentes y el

sistema de transmisión de potencia que aporte el momento torsor suficiente

para accionar un alternador (generador eléctrico) entre otras.

En cuanto a su viabilidad económica, al respecto el departamento de energía

de E.E.U.U en su guía llamada, Sistemas Eólicos Pequeños Para La

Generación De Electricidad (2007, pág. 4), comenta “los sistemas de energía

eólica cuentan con una de las mejores relaciones costo/beneficio para

aplicaciones de energías renovables en los hogares. Dependiendo del

recurso eólico una turbina eólica puede reducir la facturación eléctrica entre

el 50 y el 90%, y ayudarle a evitar los altos costos de extender las redes de

suministro a sitios remotos, prevenir interrupciones de energía y además no

es contaminante”

Por lo tanto una vez construido y ensamblado este equipo se determinara

la potencia de neta de salida y con ello determinar si este aerogenerador

podrá contribuir a paliar la necesidad del servicio eléctrico, del cual carecen

más de 17.000 hogares ubicados en los distintos municipios de la región

falconiana.

Tabla 1: Hogares pobres por tipo de necesidad básica insatisfecha según municipios, estado falcón. Censo 2011.

Municipio Hogares en viviendas sin servicios básicos

Acosta 471

Bolívar 125

Buchivacoa 1.201

Cacique Manaure 314

Carirubana 1.680

Colina 472

Dabajuro 571

Democracia 1738

Falcón 894

Federación 1026

Jacura 347

Los Taques 230

Mauroa 949

Miranda 1926

MonseñorIturriza 169

Palmasola 86

Petit 461

Piritu 779

San Francisco 333

Silva 785

Sucre 337

Tocopero 490

Unión 894

Urumaco 318

Zamora 675

TOTAL 17.273

Fuente. Instituto Nacional de estadísticas, Censo (2011).

Temática:El aporte teórico consistirá en abarcar conocimientos sobre el Límite

de Betz, energía y potencia mecánica, mini aerogeneradores, aeroturbinas

modernas, bujes, rotor, entre otros, así como también fuentes secundarias en

la hemeroteca de la carrera de ingeniería mecánica de la UNEFM, bibliotecas

virtuales de universidades nacionales e internacionales y publicaciones

especializadas al respecto. Lo cual permitirá la correcta comprensión de las

variables involucradas para la construcción del aerogenerador de baja

potencia.

Espacial: La investigación tendrá como espacio para el trabajo de campo las

instalaciones delos Talleres de Máquinas y Herramientas del Instituto

Universitario de Tecnología “Alonso Gamero” y la del Complejo Académico El

Sabino (UNEFM).

Temporal: El presente trabajo de grado tendrá una duración de 24 semanas

y su desarrollo comenzará a partir de Febrero de 2014 y tendrá su

finalización a partir del cumplimiento de los procedimientos de inscripción,

ejecución y defensa según la normativa de la UNEFM.

5. ACTIVIDADES DE LA INVESTIGACIÓN

1. Búsqueda en la bibliografía especializada (estado del arte).

2. Caracterización de las tecnologías desarrolladas en aerogeneradores

de baja potencia.

3. Determinación las condiciones climáticas del sitio de funcionamiento

del Aerogenerador.

4. Caracterización del recurso eólico existente en el sitio de

funcionamiento de aerogenerador.

5. Realización boceto preliminar del Aerogenerador.

6. Evaluación las alternativas de diseño para cada elemento del

Aerogenerador.

7. Determinación el boceto final del Aerogenerador.

8. Identificación de los materiales se necesitan para la elaboración y

montaje de un generador de energía eólica.

9. Identificación de los factores de la ingeniería contribuyen en la

elaboración de un Aerogenerador eólico.

10.Cálculos, selección y dimensionamiento de los elementos del

Aerogenerador.

11.Elaboración planos detallados de las partes que integran el

Aerogenerador.

12.Elaboración un método guía de construcción del Aerogenerador.

13.Verificación del correcto funcionamiento mecánico del Aerogenerador

de baja potencia.

14.Realización lista de materiales, cantidad de horas hombres y

herramientasutilizadas en la construcción del Aerogenerador.

15.Estimación los costos asociados a la construcción del aerogenerador.

6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Fundación para el Desarrollo del Servicio Eléctrico (FUNDELEC, 2012). Sistema de Generación Eléctrica Híbrido (eólico-fotovoltaico) que suministrará electricidad a la comunidad Los Arroyos-Matica de Yabo, en el estado Falcón. Extraído el 05 de febrero de 2014. Disponible en:

http://www.fundelec.gob.ve/?q=node/208

INSTITUTO NACIONAL DE ESTADISTICA DE LA REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA (2013). Hogares pobres por tipo de necesidad básica insatisfecha según municipios.Extraído el 05 de febrero de 2014.

Disponible en:http://www.ine.gov.ve/documentos/Demografia/CensodePoblacionyVivienda/pdf/falcon.pdf

INSTITUTO NACIONAL DE ESTADISTICA DE LA REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA (2013).Hogares pobres y no pobres, según entidad federal.Extraído el 05 de febrero de 2014.

Disponible en: http://www.ine.gov.ve/index.php?option=com_content&view=category&id=95&Itemid=26

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA ENERGÍA ELÉCTRICA. (MPPEE, 2013). Memoria y cuenta 2012. República Bolivariana de Venezuela.

Pineda, J. (2009). Funcionamiento De Los Aerogeneradores. Extraído el 05 de febrero de 2014.

Disponible en: http://fuentesrenovables.blogspot.com/2009/10/funcionamiento-de-los-aerogeneradores.html

VENEZUELA. Ley Orgánica de Ciencia, Tecnología e Innovación. Gaceta Oficial N° 39.575 del 16 de diciembre de 2010.

DEPARTAMENTO DE ENERGÍA, EE.UU.,Sistemas Eólicos Pequeños Para La Generación De Electricidad, 2007.

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL“FRANCISCO DE MIRANDA”

COMPLEJO ACADEMICO EL SABINOPROGRAMA DE INGENIERIA MECÁNICA

CRONOGRAMA DEL TRABAJO DE GRADO

CONSTRUCCIÓN DE UN AEROGENERADOR DE BAJA POTENCIA

Fecha de Inicio:26/02/2014Fecha de Culminación: 13/08/2014

ACTIVIDADESMES 1 MES 2 MES 3 MES 4 MES 5 MES 6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

1Búsqueda en la bibliografía especializada (estado del arte).

2

Caracterización de las tecnologías desarrolladas en aerogeneradores de baja potencia.

3

Determinación las condiciones climáticas del sitio de funcionamiento del Aerogenerador.

4

Caracterización del recurso eólico existente en el sitio de funcionamiento de aerogenerador.

5 Realización boceto preliminar del Aerogenerador.

6Evaluación las alternativas de diseño para cada elemento del Aerogenerador.

7 Determinación el boceto final del Aerogenerador.

8

Identificación de los materiales se necesitan para la elaboración y montaje de un generador de energía eólica.

9

Identificación de los factores de la ingeniería contribuyen en la elaboración de un Aerogenerador eólico.

10 Cálculos, selección y dimensionamiento de los

elementos del Aerogenerador.

11Elaboración de planos detallados de las partes Aerogenerador.

12 Elaboración un método guía de construcción del Aerogenerador.

13Verificación del correcto funcionamiento mecánico del Aerogenerador de baja potencia.

14

Realización de lista de materiales, cantidad de horas hombres y herramientas utilizadas en la construcción del Aerogenerador.

15Estimación los costos asociados a la construcción del aerogenerador.