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SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN T TRABAJO RABAJO INDUSTRIAL ESTUDIOS GENERALES CARRERA DE Tecnologías Ambientales ACTIVIDAD ACADÉMICA – UNIDAD DE APRENDIZAJE 02

CURSO DE FÍSICA APLICADA SEMESTRE 2021 – 02 TEMA: Diseñar un prototipo de generador eléctrico a

escala, que permita suministrar ener energía gía eléctrica a una comunidad o centro poblado rur rural. al. APELLIDO Y NOMBRE DE ESTUDIANTE:

AGÜERO ABARCA GABRIELA INES ID DE ESTUDIANTE: 001359781 DOCENTE CONSULTOR DEL CURSO: ALEXIS NAVARRO HURTADO

Contenido 1.

INTRODUCCIÓN .................................................................................. 5

2.

MEMORIA DESCRITIVA....................................................................... 7

3.

OBJETIVOS GENERALES ................................................................... 9

4.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................. 9

5.

ALCANCE DE SU PROYECTO DE INNOVACION ............................ 10 5.1.

INICIO ........................................................................................... 10

5.2.

DESARROLLO ............................................................................. 11

5.3.

FINAL ............................................................................................ 12

6.

MARCO TEÓRICO.............................................................................. 12

7.

ESPECIFICACIONES

TÉCNICAS

DE

LOS

COMPONENTES

ELECTRICOS – ELECTRONICOS – MECANICOS ESTRUCTURALES DE SU PIT 14 7.1.

Componentes Internos de un Aerogenerador Eléctrico ............... 15

7.2.

Componentes Externos de un Aerogenerador Eléctrico .............. 18

7.3.

Sistemas Estructurales ................................................................. 20

7.4.

Instrumentos utilizados para la elaboración del Proyecto ............ 22

8. FÓRMULAS DE APLICACIÓN PARA EL DISEÑO DE SU PIT .............. 22 8.1.

Para determinar la Intensidad de Corriente ................................. 22

8.2.

Para determinar la Voltaje Eléctrico ............................................. 23

8.3.

Para determinar la Resistencia Eléctrica ..................................... 23

8.4.

Para determinar la Potencia Eléctrica .......................................... 24

9.

CÁLCULOS (UTILIZANDO LAS FÓRMULAS DE DISEÑO DE PIT) . 24

10.

RESULTADOS DE LAS FÓRMULAS DE SU PIT .............................. 25

10.1.

Resultados de cálculo definitivo: INTENSIDAD CORRIENTE.... 25

10.2.

Resultados de cálculo definitivo: VOLTAJE ELECTRICA............ 25

10.3.

Resultados de cálculo definitivo: RESISTENCIA ELECTRICA ... 26

10.4.

Resultados de cálculo definitivo: POTENCIA ELECTRICA ......... 26

11.

DISEÑO ESTRUCTURAL DEL PROYECTO (PRESENTACIÓN DEL

CIRCUITO ELÉCTRICO – ELECTROMECÁNICO DE SU PIT Y ESQUEMA DE MONTAJE – INSTALACIÓN DE SU PIT) ............................................................... 26 ......................................................................................................... 27

11. 11.1.

Boceto de la estructura interna del aerogenerador ...................... 27

11.2.

Componentes presentes en el aerogenerador ............................. 28

11.3.

Ilustración de la localización de sensores en un aerogenerador: 29

12.

PUESTA EN SERVICIO DE SU PIT ................................................... 30

13.

OPERACIONES Y FUNCIONAMIENTO DE SU PIT .......................... 30 13.1. Proceso ...................................................................................... 31

14.

GESTION DE MANTENIMIENTO DE SU PIT .................................... 31

15.

APLICACIONES

DE

SU

PROYECTO

DE

INNOVACIÓN

TECNOLÓGICA (PIT) EN LA INDUSTRIA Y EDIFICACIONES ............................ 33 15.1.

Industria ........................................................................................ 34

15.2.

Edificaciones................................................................................. 34

16.

CONCLUSIONES................................................................................ 34

17.

RECOMENDACIONES ....................................................................... 35

18.

ANEXOS.............................................................................................. 37

19.

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ........................................................ 40

1. INTRODUCCIÓN La electricidad es un servicio básico y, como tal, el Estado tiene la tarea de que llegue a todos los peruanos. El uso de energía eléctrica significa la posibilidad de acceder a cientos de maneras de optimizar el tiempo en el hogar, como la conservación de alimentos en frío, la luz nocturna, el uso de electrodomésticos, la facilidad para cargar dispositivos móviles, etc.; lo que eleva la eficiencia del tiempo empleado en tareas domésticas, facilita el acceso a medios de comunicación y mejora la calidad de vida de los miembros del hogar. Según el último reporte del Instituto Nacional de Estadística e Informática (INEI), un 4.3% de la población aún no cuenta con este servicio. La cifra no parece tan elevada y es cierto que ha disminuido de forma constante en los últimos 20 años; sin embargo, detrás de este número hay un 17.8% de la población rural que aún vive sin acceso a una red de alumbrado público. La energía eléctrica es la forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos cuando se los pone en contacto por medio de un conductor eléctrico. En el Perú, la energía eléctrica es obtenida principalmente por dos métodos; mediante centrales hidroeléctricas, aprovechando la energía cinética del agua, que al caer por un desnivel, acciona generadores; y mediante centrales

térmicas, que convierten la energía térmica, generada a partir de motores de combustión, en energía eléctrica. El 70% de la producción de electricidad proviene de centrales hidroeléctricas y el resto de las centrales térmicas. En Perú, existen cinco centrales eólicas en funcionamiento. La energía eólica es una fuente de energía renovable que se obtiene de la energía cinética del viento que mueve las palas de un aerogenerador el cual a su vez pone en funcionamiento una turbina que la convierte en energía eléctrica. En el Distrito de San Jerónimo existen Centros Poblados no cuentan con energía eléctrica, uno de ellos es el C.P. K’ayrapampa – Distrito San Gerónimo – Provincia Cuzco – Departamento Cuzco, que a falta de este recurso se generaron protestas el presente año por impedimentos en el sector educativo debido a falta de conexión eléctrica. Por consecuente el presente informe lleva como objetivo el elaborar un prototipo de un Generador eléctrico de Corriente continua para suministrar energía a el Centro Poblado de K’ayrapampa – Distrito San Gerónimo – Provincia Cuzco – Departamento Cuzco.

2. MEMORIA DESCRIPTIVA MEMORIA DESCRITIVA Este proyecto brindará ayuda, la cual será suministrar el flujo de energía al Centro Poblado de K’ayrapampa, Distrito San Jerónimo – Provincia Cuzco – Departamento Cuzco, que actualmente se encuentra en condiciones de no acceso a este servicio básico de un hogar hoy en día, esto afecta en muchos ámbitos y uno de ellos el ámbito escolar que por temas de pandemia ahora las clases de dictan virtualmente lo que hace muy necesario el uso de energía eléctrica, justo por esto es que en el presente año 2021 se generaron protestas exigiendo al Gobierno peruano que le den el acceso a energía eléctrica a la Zona. En el centro poblado K’ayrapampa, Distrito San Gerónimo existen alrededor de 60 familias, las cuales serán beneficiadas gracias a este proyecto que está enfocado en Diseñar un Generador eléctrico de Corriente continua para suministrar energía, esto será aprovechando de manera eficiencia los recursos naturales del lugar, con beneficio dirigido ellos de tal manera que no afecte al medio Ambiente. Es por esto que se diseñara el prototipo de un aerogenerador. El generador de energía eléctrica basado en el viento será capaz de mejorar de manera directa la salud y calidad de educación, como también, el uso continuo de artefactos electrónicos y avanzar con su desarrollo como población, así también el fluido eléctrico pondrá en mejor estado la vida de los habitantes que se ven en constante peligro por el uso de mecheros y antorchas artificiales, estas son las que causan diversas enfermedades principalmente a los pulmones.

Tambien se ayudará al avance de electrificación del país, llevando a esas poblaciones lejanas como lo es el CC.PP. de K’ayrapampa, se le implementara de energía sustentable y de bajo impacto ambiental siendo así una buena solución de energía renovable aprovechando el beneficio del viento en la zona. Este proyecto requiere ciertos requisitos, la localidad a la cual se va a implementar la Central Eólica de penderá de que cumpla con requisitos que se mencionara en los próximos puntos como lo es en el Alcance del Proyecto. Para la realización de este proyecto es necesario un año de estudio previo del lugar, la dirección del viento, la temperatura de la zona y capacidad de generación máxima es por esto que se tomaran datos ideales los cuales no son necesariamente verdaderos. En resumen antes de acceder la luz verde a la instalación del Parque eólico se requiere el trabajo durante más de un año de un grupo de profesionales y especialistas que determinen y por ende aprueben que en la zona se dan las condiciones necesarias para generar energía eólica y que sea rentable. Por ende se tomarán como referencias los estándares, requisitos y características generales que son implementadas en la construcción de Parques eólicos en diversas partes del mundo. K’ayrapampa, San Gerónimo – Provincia Cuzco – Departamento Cuzco, se encuentra ubicado con las siguiente Coordenadas Geográficas -13.560427, 71.876581 a 3,244 msnm, siendo así que la altura sea favorable para el desarrollo de un Parque Eólico debido a que a mayor altura, mayor velocidad de viento, causando así un mejor desarrollo de este proyecto. Esta zona se

encuentra en disponibilidad de fácil acceso, por tanto facilita el transporte de los materiales que se necesitan para la construcción de los aerogeneradores . Se empezará con la identificación del lugar donde se edificará el Parque Eólico, posteriormente se seguirá construcción e instalación de la plataforma de montaje. A continuación se procederá a construir la instalación eléctrica como es debido para finalizar el montaje de los aerogeneradores. Por consiguiente de la instalación se seguirá con la respectiva prueba de funcionamiento para cada aerogenerador. Cerciorándose así del bueno funcionamiento, se procederá a la activación de los molinos para empezar a suministrar energía al CC. PP K’ayrapampa, San Jerónimo causando una mejora en la vida de los pobladores de esta zona.

3. OBJETIVOS GENERALES ✔ Elaborar un prototipo de un Generador eléctrico de Corriente continua para suministrar energía a el Centro Poblado de K’ayrapampa – Distrito San Gerónimo – Provincia Cuzco – Departamento Cuzco., debido a que no cuentan energía eléctrica, recurso muy necesario en estos tiempos

4. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ✔ Identificar el impacto ambiental que podría generar la instalación de un Parque Eólico en el Centro Po blado de K’ayrapampa – Distrito San Gerónimo – Provincia Cuzco – Departamento Cuzco

✔ Estudiar el Potencial energético d el Centro Poblado de K’ayrapampa – Distrito San Gerónimo – Provincia Cuzco – Departamento Cuzco ✔ Determinar el comportamiento del aire en el Centro Poblado de K’ayrapampa – Distrito San Gerónimo – Provincia Cuzco – Departamento Cuzco

5. ALCANCES DE SU PROYECTO DE INNOVACIÓN TECNOLÓGICAALCANCE

DE

SU

PROYECTO

DE

INNOVACION 5.1.

INICIO

El proyecto inicia con el estudio del de la Zona, la cual deberá cumplir ciertos requisitos tales como: •

Requiere un estudio exhaustivo de la zona para cerciorarse de que los molinos de viento no afectarán negativamente en el medio ambiente.

•

No hay que olvidar que el tamaño de los molinos es muy grande por tanto la zona tiene que ser amplia.

•

La zona debe estar libre de paso de aves, especialmente de aquellas especies más protegidas o en peligro de extinción.

•

Es necesario que cerca de la zona exista al menos una comunidad que consuma la energía generada.

Se necesita un año de estudio previo de su dirección, temperatura y

•

capacidad de generación máxima. Concluyendo se necesita de un largo trabajo de un grupo de profesionales que estudien las condiciones óptimas para la instalación del Parque eólico.

5.2.

DESARROLLO

Posterior al estudio de la zona y la aceptación se empieza con la construcción de e Parque eólico que empieza con: •

Construcción de accesos

•

Construcción de plataforma de montaje

•

Construcción de edificaciones anejas Las acciones principales del proceso son: ▪

Adecuación de superficies de acopio.

▪

Despeje y desbroce.

▪

Explanación y excavación.

▪

Realización de estructuras civiles (edificios y fosas): con diferentes materiales de construcción, como morteros, hormigones, maderas, materiales cerámicos u otros.

▪

Uso de vehículos y maquinaria específica.

•

Instalación eléctrica

•

Montaje de aerogeneradores

5.3.

FINAL

Luego de culminar la instalación de los molinos así como también las instalaciones eléctricas es necesario realizar pruebas del funcionamiento como: •

Funcionamiento de aerogeneradores

•

Funcionamiento de la red eléctrica

•

Mantenimiento de las instalaciones

6. MARCO TEÓRICO En este espacio encontraremos las definiciones técnicas de algunas palabras claves para mejorar el entendimiento como: ➢ Electricidad: Es un conjunto de fenómenos producidos por el movimiento e interacción entre las cargas eléctricas positivas y negativas de los cuerpos físicos. La pal abra “electricidad” procede del latín electrum , y a su vez del griego élektron, o ámbar. ➢ Corriente eléctrica: fenómeno físico causado por el desplazamiento de una carga (ión o electrón). En el caso de un conductor metálico, son principalmente los electrones los que toman parte en la corriente. La intensidad de la corriente es la cantidad de carga que pasa por un conductor por unidad de tiempo.

➢ Generador eléctrico: máquina eléctrica rotativa que transforma energía mecánica en energía eléctrica. Lo consigue gracias a la interacción de sus componentes principales: o el rotor (parte giratoria) y o

el estátor (parte estática)

➢ Parque eólico: infraestructura formada por aerogeneradores que convierten las corrientes de aire en energía eléctrica. Los parques eólicos pueden ser terrestres o marítimos. ➢ Aerogeneradores: Un aerogenerador es un dispositivo que convierte la energía cinética del viento en energía eléctrica. Las palas de un aerogenerador giran entre 13 y 20 revoluciones por minuto, según su tecnología, a una velocidad constante o bien a velocidad variable, donde la velocidad del rotor varía en función de la velocidad del viento para alcanzar una mayor eficiencia. ➢ Energía eólica: es aquella que se obtiene a partir de la fuerza del viento. ... El proceso de extracción se realiza principalmente gracias al rotor, que transforma la energía cinética en energía mecánica, y al generador, que transforma dicha energía mecánica en eléctrica. ➢ Conductor eléctrico: Es material que ofrece una baja resistencia al movimiento de una carga eléctrica. La causa cabe encontrarla en sus átomos, caracterizados por la presencia de escasos electrones, lo cual permite que la energía se esparza rápidamente de un átomo a otro. ➢ Energía Cinética: Se le considera como la energía que posee un cuerpo a causa de su movimiento. Se trata de la capacidad o trabajo que permite que

un objeto pase de estar en reposo, o quieto, a moverse a una determinada velocidad. ➢ Corriente Continua: Hace referencia al fl ujo continuo de carga eléctrica, que no cambia de sentido con el tiempo. ➢ Corriente Alterna: Tipo de corriente eléctrica, en la que la dirección del lujo de electrones va y viene a intervalos regulares o en ciclos. ➢ Energías Renovables: Son aquellas fuentes de energía basadas en la utilización de recursos naturales como: el sol, el viento, el agua o la biomasa vegetal o animal. Se caracterizan por no utilizar combustibles fósiles, sino recursos naturales capaces de renovarse ilimitadamente.

7. ESPECIFICACIONES

TÉCNICAS

DE

LOS

COMPONENTES ELECTRICOS – ELECTRONICOS – MECANICOS ESTRUCTURALES DE SU PIT En este punto encontrarás los componentes de un aerogenerador que se pueden clasificar en elementos internos o externos, siendo los componentes internos todos aquellos que se encuentran dentro de la góndola y la torre, y externos, todos los que pueden apreciarse desde el exterior. Así también se presentarán los instrumentos utilizados en la elaboración de este proyecto.

7.1. Componentes Internos de un Aerogenerador Eléctrico

7.1.1. Eje Principal Elemento que une el rotor con la multiplicadora, está situado entre el buje y la multiplicadora y transmite el movimiento entre ambos elementos. Normalmente está fabricado en acero inoxidable y es de forja, por lo que es un elemento de gran valor. 7.1.2. Multiplicadora La multiplicadora es el elemento del aerogenerador que multiplica las revoluciones de giro del conjunto buje-aspas y divide en la misma proporción la fuerza de dicho eje. Este elemento consta de una serie de engranajes que en varias etapas (entre 3 y 4 etapas normalmente) aumenta la velocidad del eje cardán que une el eje de salida de la multiplicadora con el eje del generador. Por lo tanto, en su etapa de entrada suele tener entre 15-25 rpm y entre 1200 y 1800 rpm en la etapa de salida. 7.1.3. Equipamiento eléctrico Está compuesto por elementos encargados de generar o transportar la energía generada y son los siguientes: 7.1.4. Generador eléctrico Máquina eléctrica rotativa que transporta energía mecánica a energía eléctrica y esto lo consigue gracias a componentes principales:

7.1.4.1. Rotor Componente que gira en una máquina eléctrica como es el generador eléctrico. El rotor contiene una contraparte que de forma conjunta es fundamental en la transmisión de potencia en motores y máquinas eléctricas en general, el estator. 7.1.4.2. Estator

Componente estático del motor, elemento que opera como base, permitiendo que desde ese punto se lleve a cabo la rotación del motor. El estator no se mueve mecánicamente, pero si magnéticamente. 7.1.4.3. Transformador

Elemento clave en el desarrollo de la industria eléctrica. Por ellos se...