FORMA EN QUE SE OBTIENE CORRIENTE ALTERNA A PARTIR DE UN GENERADOR ELICOFacultad de ciencias agrarias y recursos naturales Programa de ingeniera agroindustrialFsica 2 electromagnetismo

JOHAN ESTIVEN GMEZ CHAVERRA117003211

Luis Carlos Chiza Guevara

Universidad de los llanos 2014

FORMA EN QUE SE OBTIENE CORRIENTE ALTERNA A PARTIR DE UN GENERADOR ELICO

OBJETIVOSGenerales: conocer los procesos por los se lleva a cabo en la transformacin de energa elica a corriente alterna.

Especficos: analizar los equipos utilizados en la generacin de una corriente alterna. Ampliar los conocimientos acerca de energa elica y obtencin de corriente alterna

INTRODUCCINLa energa elctrica en las nuevas generaciones en necesaria para muchas de las actividades que las personas realizan a diario sin embargo el aumento de la poblacin y el crecimiento exponencial de las nuevas metrpolis han hecho que la produccin de este tipo de energa, se han desarrollado nuevas formas para la obtencin de esta energa como lo son la termina, la nuclear, hidrulica, qumica y elica entre otras.Es bien conocido por muchos que desde hace pocas los humanos han utilizado las corrientes de aire para generar un nuevo tipo de energa (elica) ms limpia y amigable con el ambiente pero, sabemos realmente como se transforma un tipo de energa (energa cintica) a otra (energa elctrica)?, se tratara de explicar los pasos que lleva la energa en su proceso de trasformacin, y gracias a que condiciones es posible que una corriente de aire permita prender un televisor o cargar un celular, se pasara por los conocimientos tericos y leyes de algunos antiguos fsico hasta el funcionamiento de turbinas y algunos otros aparatos diseadas en este caso especialmente para ser usadas en corrientes de aire.MARCO TERICO

Corriente alterna (C.A.):A diferencia de la corriente continua (c.c), en esta existen cambios de polaridad ya que esta no se mantiene fija a lo largo de los ciclos de tiempo (imagen 1). Los polos negativos y positivos de esta corriente se invierten a cada instante, segn los Hertz o ciclos por segundo de dicha corriente. A pesar de esta continua inversin de polos, el flujo de la corriente siempre ser del polo negativo al positivo, al igual que en la corriente continua. La corriente elctrica que poseen los hogares es alterna y es la que permite el funcionamiento de los artefactos electrnicos y de las luces.

Imagen 1 tomado de:http://www.tiposde.org/ciencias-exactas/535-tipos-de-corriente/#ixzz3MBIiMYSA

Energa elica: La energa elica es la energa que obtenemos gracias al viento. Este recurso, actualmente se utiliza para generar energa elctrica, pero anteriormente se utilizaba en la navegacin, para moler el grano y para sacar agua de los pozos.

La energa elica, en la actualidad, sirve para transformar el viento en electricidad. Esto es gracias a los aerogeneradores, (grandes molinos de entre 40 y 50 metros de altitud y con hlices de hasta 23 metros de dimetro).

La fuerza del viento hace que se mueva la hlice del aerogenerador que, gracias al rotor de un generador, convierte esta fuerza en energa elctrica. En su parte posterior, una veleta lo orienta para saber de dnde viene el viento. Estas grandes maquinas se agrupan en los llamados parques elicos.

Aerogeneradores

Imagen 2 tomada de http://www.taringa.net/posts/info/16101969/Aerogeneradores-Un aerogenerador es un generador elctrico movido por una turbina accionada por el viento (turbina elica). Sus precedentes directos son los molinos de viento que se empleaban para la molienda y obtencin de harina. En este caso, la energa elica, en realidad la energa cintica del aire en movimiento, proporciona energa mecnica a un rotor hlice que, a travs de un sistema de transmisin mecnico, hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternador trifsico, que convierte la energa mecnica rotacional en energa elctrica.Para aportar energa a la red elctrica, los aerogeneradores deben estar dotados de un sistema de sincronizacin para que la frecuencia de la corriente generada se mantenga perfectamente sincronizada con la frecuencia de la red.Multiplicadores de velocidad:

Imagen 3 http://www.motiva.fi/myllarin_tuulivoima/windpower%20web/es/tour/wtrb/powtrain.htmEl multiplicador es el encargado de convertir las bajas revoluciones por minuto que transmite, en altas revoluciones por minutos que son las que necesita el generador, consta de una serie de engranajes que en varias etapas (entre 3 y 4 etapas normalmente) aumenta la velocidad del eje (cardn), 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 r.p.m. y entre 1200 y 1800 r.p.m. en la etapa de salida.Generador de corriente alterna:

Un generador elctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial elctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energa mecnica en elctrica. Esta transformacin se consigue por la accin de un campo magntico sobre los conductores elctricos dispuestos sobre una armadura. Si se produce mecnicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generar una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema est basado en la ley de Faraday.La produccin de la energa elctrica se da cuando la espira gira, el flujo del campo magntico a travs de la espira cambia con el tiempo esto hace que se produzca una FEM.Una caracterstica de cada generador es su que producen una (F.E.M.), simbolizada por la letra griega psilon (), y definida como el trabajo que el generador realiza para pasar la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo por el interior del generador.

Imagen 5 tomada de: http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Generador3.PNGLa F.E.M. () se mide en voltios y en el caso del circuito de la Figura , sera igual a la tensin E, mientras que la diferencia de potencial entre los puntos a y b, Va-b, es dependiente de la carga Rc.La F.E.M. () y la diferencia de potencial coinciden en valor en ausencia de carga, ya que en este caso, al ser I = 0 no hay cada de tensin en Ri y por tanto Va-b = E.El movimiento de rotacin de las espiras es producido por el movimiento de una turbina accionada por una corriente de agua en una central hidroelctrica, por un chorro de vapor en una central trmica, o por las corrientes de aire en un parque elico, En el primer caso, una parte de la energa potencial agua embalsada se transforma en energa elctrica; en el segundo caso, una parte de la energa qumica se transforma en energa elctrica al quemar carbn u otro combustible fsil; y en el tercer caso se usa la energa cintica del viento en este caso especfico se usan aerogeneradores.Si conectamos una bombilla a la FEM veremos que por el filamento de la bombilla circula una corriente que hace que se ponga incandescente, y emite tanta ms luz cuanto mayor sea la velocidad con que gira la espira en el campo magntico.

Imagen 6 tomadas de: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/induccion/generador/generador.htmEn el momento en que una corriente de aire golpe las hlices hacindolas girar automticamente el mecanismo interno comenzara a generar corriente.LEY DE FARADAYSupongamos que la espira gira con velocidad angular constante w . Al cabo de un cierto tiempo t el ngulo que forma el campo magntico y la perpendicular al plano de la espira es w t. El flujo del campo magntico B a travs de una espira de rea S es =BS=BScos(t)

Imagen 7 tomadas de: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/induccion/generador/generador.htmLa fem en la espira es:VE

Imagen 8 tomadas de: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/induccion/generador/generador.htmLa fem Ve vara sinusoidalmente con el tiempo. La fem alcanza su valor mximo en valor absoluto cuando , cuando el flujo F es mnimo (el campo magntico est en el plano de la espira), y es nula cuando p, cuando el flujo es mximo (el campo magntico es perpendicular al plano de la espira).

Aplicando la ley de Lenz podemos determinar el sentido de la corriente inducida. El sentido viene determinado por el movimiento de portadores de cargas positivos.

Hlices:

La primeras aplicaciones de las hlices, hace miles de aos, fueron losmolinosde viento y agua. Hoy en da, tambin bajo los nombres de "rotor", "turbina" y "ventilador", las hlices y los dispositivos derivados de ellas se emplean para multitud de propsitos: refrigeracin, compresin de fluidos, generacin de electricidad entre otras.Como evidencia la variedad de denominaciones y campos de aplicacin, existe una gran variedad de hlices, en tamaos, pesos, nmero de palas, velocidad de rotacin,ngulo de ataque,paso, etc.

La frecuenciaPara aportar energa a la red elctrica, los aerogeneradores deben estar dotados de un sistema de sincronizacin para que la frecuencia de la corriente generada se mantenga perfectamente sincronizada con la frecuencia de la red.Frecuencia es una magnitud que mide el nmero de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenmeno o suceso peridico.Para calcular la frecuencia de un suceso, se contabilizan un nmero de ocurrencias de este teniendo en cuenta un intervalo temporal, luego estas repeticiones se dividen por el tiempo transcurrido. Segn el Sistema Internacional (SI), la frecuencia se mide en hercios (Hz), en honor a Heinrich Rudolf Hertz. Un hercio es la frecuencia de un suceso o fenmeno repetido una vez por segundo.Para determinar la frecuencia de la corriente alterna producida por un generador elctrico se utiliza la siguiente ecuacin:

F: frecuencia (en Hz)P: nmero de pares de polos.Vg: velocidad de giro (en rpm).

Cuando la frecuencia de estas son sincronizadas con las de las conexiones elctricas (60Hz) se distribuyen a subestaciones donde sufren una transformacin de voltaje y as ser entregadas a las casas de un rea determinada.

Transformadores Claramente que la corriente que sale del aerogenerador es diferente a la necesaria para conseguir que funcionen todos nuestros aparatos elctricos en casa, por ese motivo la corriente que sale no es suministrada directamente a al flujo elctrico de una casa, primero se lleva a un trasformador de voltaje cuya funcin de este es tomar el voltaje y entregaros uno mayor o menor segn lo necesitemos, trabajando con el principio de induccin electromagntica.

Imagen 9 tomada de : http://aerogeneradores-energia-eolica.blogspot.com/2012/11/transformadores.html

Est constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un ncleo cerrado de material ferromagntico, pero aisladas entre s elctricamente. La nica conexin entre las bobinas la constituye el flujo magntico comn que se establece en el ncleo. El ncleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de lminas apiladas de acero elctrico, aleacin apropiada para optimizar el flujo magntico. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario segn correspondan a la entrada o salida del sistema, respectivamente.

Imagen 9 tomada de: video http://aerogeneradores-energia-eolica.blogspot.com/2012/11/transformadores.htmlLa ecuacin que rige en un trasformador ideal es:

Dnde: N1: voltaje de entra N2: voltaje de salida V1: nmeros de vueltas del primer conductorV2: nmero de vueltas del segundo conductor

El potencial de corriente no se ve afectado en este caso

Nota: el trasformador ideal no existe, siempre hay una perdida en forma de calor. JustificacinDar a conocer los procesos llevados a cabo para obtener un flujo de corriente alterna a partir de un aerogenerador y la importancia de estos generadores ya que la una parte de energa elctrica utilizada hoy en da se obtiene con este mtodo pero la mayora de personas desconocen el concepto y funcionamiento de esto elementos.

Referencias

http://web.educastur.princast.es/proyectos/jimena/pj_franciscga/campmagn.htmhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/induccion/generador/generador.htmhttp://www.motiva.fi/myllarin_tuulivoima/windpower%20web/es/tour/wtrb/powtrain.htmhttp://aerogeneradores-energia-eolica.blogspot.com/2012/11/transformadores.htmlhttp://thales.cica.es/rd/Recursos/rd97/UnidadesDidacticas/53-1-u-punt14.html