INVESTIGACIÓN PARA EL DISEÑO MECÁNICO DE UN GENERADOR EÓLICO PARA EL SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A LOS DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS DE LOS USUARIOS DE LA AGENCIA DE TURISMO TUNKAS TRAVEL BOLIVIA

CAPITULO I ....................................................................................................................... 1 1 INTRODUCCION ................................................................................................... 1 1.1 ANTECEDENTES .............................................................................................. 2 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................ 3 1.2.1 Formulación del problema ............................................................................... 4 1.3 JUSTIFICACIÓN ................................................................................................ 4 1.3.1 Justificación Económica: ................................................................................. 5 1.3.1.1 Eficiencia energética .................................................................................... 5 1.3.1.2 Reducción de gastos operativos .................................................................. 5 1.3.1.3 Independencia de los precios volátiles de los combustibles fósiles ............ 5 1.3.1.4 Retorno de la inversión ................................................................................ 5 1.3.2 Justificación Tecnológica ................................................................................ 6 1.3.2.1 Bajos costos en mantenimiento ................................................................... 6 1.3.2.2 Independencia energética ............................................................................ 6 1.3.2.3 Diseño Modular ............................................................................................ 6 1.3.2.4 Material de diseño ........................................................................................ 6 1.3.2.5 Bajas emisiones de ruido en funcionamiento .............................................. 6 1.3.3 Justificación ambiental .................................................................................... 7 1.3.3.1 Disminución de la emisión de gases de efecto invernadero ....................... 7 1.3.3.2 Conservación de los recursos naturales ...................................................... 7 1.3.3.3 Conservación de la biodiversidad ................................................................ 7 1.3.3.4 Mejora de la calidad del aire ........................................................................ 7 1.3.4 Justificación Social .......................................................................................... 8 1.3.4.1 Educación y conciencia ambiental ............................................................... 8 1.4 METODOLOGÍA ................................................................................................. 8 1.4.1 método investigación aplicada ........................................................................ 8 1.4.1.1 Técnica ......................................................................................................... 8 1.4.1.2 Instrumentos ................................................................................................. 9 1.4.2 Método de investigación metódica o básica ................................................... 9 1.4.2.1 Técnicas ....................................................................................................... 9 1.4.2.2 Instrumentos ................................................................................................. 9 1.4.3 Método de investigación de exposición descriptiva ........................................ 9 1.4.3.1 Técnicas ..................................................................................................... 10 vi 1.4.3.2 Instrumentos ............................................................................................... 10 1.5 OBJETIVO GENERAL ...................................................................................... 10 1.5.1 Objetivo General ........................................................................................... 10 1.5.2 Objetivos Específicos .................................................................................... 10 CAPITULO II .................................................................................................................... 12 2 DESARROLLO .................................................................................................... 12 2.1 MARCO CONTEXTUAL ................................................................................... 12 2.2 MARCO TEÓRICO ........................................................................................... 14 2.2.1 Energía eólica ............................................................................................... 14 2.2.1.1 La energía eólica en Bolivia ....................................................................... 14 2.2.1.2 La energía eólica en Salar de Uyuni .......................................................... 15 2.2.2 Generadores eólicos ..................................................................................... 16 2.2.2.1 Definición .................................................................................................... 16 2.2.2.2 Tipos de generadores eólicos .................................................................... 17 a) Clasificación por su tamaño ............................................................................... 17 b) Clasificación por su orientación de eje ............................................................... 19 c) Ventajas y Desventajas ...................................................................................... 19 2.2.2.3 Tipos de generadores eólicos de eje vertical............................................. 21 a) De arrastre (Drag based) ................................................................................... 21 b) De sustentación (Lift based)............................................................................... 22 2.2.2.4 Partes de un generador eólico de eje vertical ........................................... 23 a) Generador eléctrico DC ...................................................................................... 23 b) Módulo de carga ................................................................................................. 24 c) Estructura soporte .............................................................................................. 24 d) Engrane Multiplicador de velocidad ................................................................... 25 e) Eje del rotor ..................................................................................................... 26 f) Alabes ..................................................................................................... 26 2.2.3 Descripción del proceso de transformación .................................................. 28 a) El viento ..................................................................................................... 29 b) Transmisión ..................................................................................................... 29 c) Transformación de energía mecánica a energía eléctrica ................................. 29 d) Almacenamiento y uso ....................................................................................... 29 2.2.4 Definición de fuerza arrastre y sustentación ................................................. 30 2.3 INFORMACIÓN Y DATOS OBTENIDOS ......................................................... 30 vii 2.3.1 Información obtenida durante la entrevista ................................................... 30 2.3.2 Datos obtenidos ............................................................................................ 31 2.4 ANÁLISIS DE INFORMACIÓN ......................................................................... 32 2.4.1 Análisis técnico y económico ........................................................................ 32 2.5 CONSIDERACIONES DE DISEÑO ................................................................. 33 2.5.1 Determinaciones de parámetros de diseño .................................................. 33 2.5.1.1 Determinación del tipo de generador eólico para el diseño ...................... 33 2.5.1.2 Diseño de los alabes .................................................................................. 34 a) Espesor del alabe ............................................................................................... 34 b) Selección de perfil aerodinámico ....................................................................... 35 c) Dimensiones aproximadas de los alabes ........................................................... 36 d) Material de los alabes ........................................................................................ 36 2.5.1.3 Soporte del brazo ....................................................................................... 37 2.5.1.4 Diseño del rotor .......................................................................................... 37 2.5.1.5 Selección de rodamiento y generador ....................................................... 42 2.5.1.6 Diseño del sistema de transmisión ............................................................ 44 2.5.1.7 Diseño de la estructura .............................................................................. 45 2.5.1.8 Circuitos control y carga ............................................................................. 46 a) Conexión de los generadores ............................................................................ 46 b) Conexión del módulo de carga y control del sistema ........................................ 47 c) Diagrama de bloques ......................................................................................... 48 CAPITULO III ................................................................................................................... 49 3 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................... 49 3.1 CONCLUSIONES ............................................................................................. 49 3.2 RECOMENDACIONES .................................................................................... 50 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ........................................................................... 52 ANEXOS .......................................................................................................................... 54 ANEXO A: FICHA TÉCNICA, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DEL EQUIPO 54 ANEXO B: PLANOS DE DISEÑO DEL EQUIPO ................................................... 56 ANEXO C: COSTOS DE FABRICACIÓN .............................................................. 57 ANEXO e: DETALLES DE LA ENTREVISTA ........................................................ 60 viii ÍNDICE DE TABLAS Tablas 2-1:Ventajas y desventajas de los aerogeneradores de eje horizontal y vertical .. 20 Tablas 2-2: Eje vertical (Pequeña escala) ........................................................................ 21 Tablas 2-3:Matriz comparativa de los tipos de generadores ............................................ 42 INDICE DE FIGURAS Y GRAFICOS Figura 2-1: Geo Bolivia presenta mapa de velocidades media del viento ....................... 15 Figura 2-2 :velocidades de viento.................................................................................... 16 Figura 2-3 :Clasificación de los aerogeneradores ........................................................... 17 Figura 2-4 :aerogenerador por tamaños .......................................................................... 18 Figura 2-5 :alcances en la generación ............................................................................ 18 Figura 2-6 :Tipos de aerogeneradores ............................................................................ 19 Figura 2-7: Aerogeneradores de eje vertical ................................................................... 22 Figura 2-8: La cicloturbina ............................................................................................... 23 Figura 2-9: Motor DC 1.5 DC Mini Motor para el bloqueo de puertas ............................. 23 Figura 2-10: Convertidor BQ25570 Modulo de cosechadora de energía cargador de impulso y modulo convertidor de caída de voltaje para reemplazo de consumo de energia ......................................................................................................................................... 24 Figura 2-11: Aerogenerador de eje vertical ensamblado ................................................. 25 Figura 2-12: Engranes Helicoidales Renold .................................................................... 26 Figura 2-13: Esquema constructivo rotor ........................................................................ 26 Figura 2-14: Giromill vista frontal..................................................................................... 27 Figura 2-15: Giromill vista superior .................................................................................. 27 Figura 2-16 Descripción de proceso de la transformación de energía cinética a energía eléctrica ............................................................................................................................ 28 Figura 2-17: Área de potencial eólico Bolivia .................................................................. 31 Figura 2-18: Coeficiente de potencia eólica para diversos tipos de generadores eólicos ......................................................................................................................................... 38 Figura 2-19: H vertical axis Wind Turbine ....................................................................... 39 Figura 2-20: Tripie de montaje, estación de metrología .................................................. 46

Este trabajo de investigación se enfoca en el diseño mecánico de un generador eólico para el suministro de energía eléctrica a los dispositivos electrónicos de los usuarios de la agencia de turismo Tunkas Travel Bolivia, que opera en la provincia de Antonio Quijarro, en el departamento de Potosí. La empresa organiza tours y camping, entre sus requisitos está la necesidad de una fuente de energía eléctrica para recargar las baterías de los teléfonos móviles de sus clientes. Actualmente, la empresa utiliza un generador térmico que funciona con combustibles fósiles para satisfacer esta demanda. Sin embargo, este tipo de generador resulta perjudicial para el medio ambiente y no es la opción más adecuada. Por ello, se plantea la necesidad de adoptar una fuente de energía alternativa; un generador eólico desmontable y ligero, que ofrece una solución más sostenible para la recarga de batería de los dispositivos electrónicos. Durante el proceso de investigación, se identificaron hallazgos significativos relacionados con la eficiencia mejorada del generador mediante la conexión estratégica de engranajes, multiplicando así la energía capturada y optimizando el rendimiento energético del sistema. Estos descubrimientos fueron fundamentales para la optimización del diseño final del generador eólico. En conclusiones el análisis de los vientos en el sudoeste de Potosí ha permitido ajustar el diseño del generador eólico de 60 W para optimizar su rendimiento en condiciones locales. Se ha evaluado y seleccionado la tecnología más adecuada, considerando eficiencia, durabilidad y coste. El diseño del generador, asistido por software CAD, ha sido ajustado para mejorar la generación de energía y la estabilidad operativa. Además, se ha integrado eficazmente un circuito para optimizar la conversión y el uso de la energía generada. Comparado con un generador térmico de 2,2 kW, el generador eólico es más económico y ecológico a largo plazo.