UNIVERSIDAD DE COLIMA
FACULTAD DE INGENIERIA ELECTROMECNICA
GENERACIN DE ENERGA ELCTRICA A PARTIR DE ENERGA MARINA
PROTOCOLO
GRUPO 6 D
INGENIERO MECNICO ELECTRICISTA
P R E S E N T A N:
ACOSTA GARCIA EDSON OSMAR
DE LA CRUZ MARTINEZ ERNESTO ALONSO
FLORES FERNANDEZ CESAR GERARDO
VIZCARRA HERNANDEZ CESAR MAURICIO
PROFESORES PARTICIPANTES:
Ing. Anguiano Burguete David (Diseo II)Ing. Delino Silva Abel
(Mquinas Elctricas III)M.C. Flores Bautista Carlos (Ahorro De
Energa (Optativa I-A))Dr. Gonzles Lpez Juan Miguel (Sistemas De
Potencia II)Dr. Gudio Lau Jorge (Control Moderno)Lic. Martnez Bravo
Jos Eduardo (Ingles VI)Ing. Rodrguez Bautista Jos (Mquinas
Trmicas)Ing. Velzquez Chvez Luis Javier (Anlisis Dinmico De
Mquinas) (Tutor De Grupo)
MANZANILLO, COLIMA FEBRERO 2015ContenidoI.ANTECEDENTES2Casos
mundiales4II.PLANTEAMIENTO DEL
PROBLEMA6III.JUSTIFICACIN6IV.OBJETIVO7V.HIPTESIS7VI.MARCO
TERICO7ENERGIA MARINA7ENERGIA DE LAS CORRIENTES MARINAS8Sistema
SeaGen10Sistema Thawt10Sistema Lanstrom10Sistema Vivace11Sistema
GESMEY11Generacin de energa a partir de la fuerza del
mar12VII.MTODO13VIII.CRONOGRAMA15IX.MATERIALES Y
EQUIPO17X.REFERENCIAS17ANEXO18PREGUNTAS GUIAS PRIMERA
PARCIAL19Control Moderno19Sistemas de potencia II20Mquinas
elctricas III21Diseo II22Anlisis dinmico de mquinas23Ingls
VI23Mquinas trmicas24
I. ANTECEDENTESEn las ltimas dcadas, la demanda energtica ha
crecido paulatinamente poniendo en peligro que las empresas que
ofrecen este servicio cumplan con la meta de satisfacer de energa
elctrica a la poblacin, intentando al mismo tiempo disminuir la
cantidad de CO2 que es expulsado hacia la atmosfera, que
contribuira con la ecologa del planeta.Por ende en la actualidad
cada vez ms pases producen la energa que consumen con plantes de
energa renovable.
Las posibilidades de Mxico, en la parte alta del Golfo de
California se registran mareas de gran amplitud que llegan a
sobrepasar los 6 metros. Esto se debe a que el tiempo que tarda en
subir y bajar la marea es el mismo de la onda de marea en ir y
regresar hasta el fondo del Golfo, lo cual se conoce como
resonancia hidrulica. Otro factor es el efecto que produce la
friccin del fondo en la variacin de la velocidad de la onda de
marea, al inundar la parte alta del golfo que es de muy poca
pendiente y muy somera. En el proyecto IMPULSA IV de la UNAM,
descrito en la pgina webwww.impulsa4.unam.mx, con la finalidad de
conocer el potencial terico de generacin elctrica por medio de
centrales de embalse, se realizaron una serie de clculos y modelos
de computacin, que en este momento sirven de base para tener una
idea de este potencial. Uno de los ejemplos tericos analizados, con
varias suposiciones fsicas pero bastante rigor matemtico, consisti
en poner una presa o cortina, de lado a lado del golfo, de 50 km de
largo con 5000 turbinas de 2 MW, donde la profundidad mxima llega a
10 metros (con la debida incertidumbre a lo que profundidad pudiera
significar, donde el espesor de sedimentos es muy grande). La
generacin anual de energa, al correr el programa de cmputo con las
mareas reales del sitio, con 20 000 MW instalados, result ser de 5
500 GWh/ao. Esta represa hipottica tendra un tramo de 25 kilmetros
slo de turbinas y los otros 25 km, de terrapln (tablestaca).
El clculo se repiti para varias configuraciones, operadas
durante un ao con mareas reales. En todos los casos, la potencia
especfica de las mareas en el alto golfo result ser de 15 MW/km2 y
la energa especfica, de 8.4 GWh/km2. Es evidente que en esta etapa
de evaluacin terica no se han considerado aspectos ambientales (que
son de una alta sensibilidad en la regin), ni los econmicos que
podran hacerlos prohibitivos en muchos casos. Estos clculos de
hicieron en una configuracin idealizada, ya que tenan por objeto
encontrar los rdenes de magnitud. En un clculo real, la friccin del
fondo puede modificar un poco estos resultados.Se estudiaron, por
ejemplo, lagunas costeras, donde arreglos de doble embalse que
aprovechan la topografa del lugar, eventualmente permitiran,
mediante compuertas y bordos razonablemente pequeos, crear una
mitad de laguna de nivel siempre alto y la otra de nivel siempre
bajo, sin considerar todava los aspectos ambientales y econmicos.
Se podran generar 50 MW despachables.
Finalmente, frente a Puerto Peasco se est analizando el arreglo
de una isla (o corral de cra de peces), donde el impacto ambiental
sea mnimo, en un rea de 1 km2 Su construccin sera con tablestacas
de 12 metros de alto, clavadas en el lecho marino, donde el fondo
sea apropiado. La isla estara dividida en dos estanques mediante
una pared con turbinas, y se podra combinar la piscicultura con la
generacin de energa elctrica, suministrndose 5 MW casi continuos al
puerto.Casos mundiales
La tecnologa de generacin mareomotriz no es nueva. Desde 1967
opera la central de La Rance en Francia, cerca del puerto de Saint
Malo y la famosa Catedral de Mont Saint Mi Michel. All las mareas
alcanzan amplitudes de 12 metros. La central tiene un bordo o
represa de 700 metros y 24 turbinas de bulbo de 10 MW cada una. El
rea del embalse es de 22 km.2 En Charlier, R. (2007) se presenta
una descripcin actualizada de esta central. Cabe destacar que la
energa (renovable) que esta mareomotriz ha generado desde su
construccin es mucho ms que toda la energa elctrica solar que se ha
generado hasta la fecha en toda Europa. Es decir es una fuente de
energa renovable muy potente y confiable. Otro caso de central
mareomotriz importante es de Anapolis en Bay of Foundy en Canad (24
MW). Recientemente se inici la construccin de Sihwa en la Repblica
de Corea, en Incheon, muy cerca del aeropuerto internacional de
Seul donde se instalarn 260 MW y operar en un complejo de bordos y
compuertas que servirn tambin para evitar inundaciones y sanear la
baha. Su inauguracin est planeada para fines de 2009. Tambin en
Inglaterra, en la Baha de Severn, se realizan desde hace aos
estudios para construir una de las centrales mareomotrices ms
grandes del mundo. Se habla de miles de MW.
Se llevan a cabo proyectos de energa elica y solar por todo el
mundo. Pero an queda una enorme fuente de energalimpia y
renovablepor explotar, la proveniente del mar, un recurso
igualmenteinagotable.La Agencia Internacional de la Energa (IEA) ha
calculado que se pueden obtener93.000 teravatios hora (TWh)del mar.
Slo en Europa, las energas marinas albergan 200 TWh de potencial.
Se deben desarrollar los diferentes mtodos para generar esa energa,
de todas sus fuentes: las mareas, las olas, las corrientes, la
diferencia de temperatura y de salinidad. Se podra producir, de
este modo,el 10% del consumo elctrico de la Unin Europeo. Merece la
pena apostar por ello.
Aprovechar la fuerza de lascorrientes marinaspara obtener energa
limpia es una de las iniciativas que se estn estudiando a fondo en
diversas universidades. El gobierno de Escocia, consciente del
enorme potencial de sus costas, ofrece un premio de 14 millones de
euros a quien presente unproyecto innovador en energa
marina.Europaes sin duda pionera en turbinas para corrientes
marinas. Una de las empresas ms avanzadas en ese sector esScottish
Power. Pretenden sumergir 20 turbinas de tipo Lanstrom, capaces de
funcionar a cien metros de profundidad. Sus 30 metros de alto y sus
palas de 20 metros de longitud permiten a esta turbina desarrollar
1 megavatio (MW) de potencia. El proyecto pretende generar 60 MW
que podran suministrar electricidad a 40.000 hogares
Otro proyecto muy interesante y algo vanguardista es el de la
Universidad de Oxford. Sus cientficos han presentado el prototipo
THAWT (turbina de agua transversal horizontal axial). Consiste en
un cilndrico rotador que gira en torno a un largo eje con el flujo
del agua. Puede desarrollar 12 MW y requiere un 60% menos de costes
de construccin y un 40% menos de mantenimiento que lasturbinas de
hliceconvencionales.
Al da de hoy existe un muy alto nmero de diseos, si bien la
mayora est en fase conceptual y bajo patente, en cambio son solo
unos 60 los que se encuentran en fase de desarrollo del proyecto y
que puede incluir construir prototipos experimentales de no ms de
100 KW, que son sometidos a ensayos en condiciones reales de
operacin. Son en cambio muy pocos los proyectos que han alcanzado
un nivel de desarrollo precomercial e incluso ya integrados en
sistemas comerciales de generacin.
La mayor parte de estos diseos se han producido en el Reino
Unido, cuyo litoral posee unas condiciones idneas para albergar
estas instalaciones y que aporta sustanciales fondos para la
investigacin y el desarrollo en tecnologas de aprovechamiento de
fuentes renovables marinas como consecuencia de los retornos
procedentes del campo petrolfero del mar del norte.En este momento
el generador que est en un mayor grado de desarrollo pues ya tiene
un prototipo en produccin industrial, es el denominado Sea Gen de
la empresa Marine Current Turbines. Consiste en dos turbinas
axiales abiertas y montadas sobre un soporte que discurriendo a lo
largo de un pilote anclado al fondo, puede emerger fuera del agua
para mantenimiento.Este proyecto se inici en 1999, instalndose en
el ao 2003 un prototipo experimental denominado SeaFlow de 300Kw,
con un solo rotor de 11 m de dimetro descargando la energa a una
carga pasiva, tuvo un coste de 3,4 millones de libras esterlinas.
El rendimiento del sistema alcanzo el 40%.
A partir del ao 2004 est en desarrollo la fase de demostracin
industrial, montndose en los Stragford Narrows (Irlanda del Norte)
el primer generado comercial en Mayo del 2008, ya con dos rotores
de 16 m de dimetro y con un presupuesto de 8,5 millones de libras
esterlinas, estando prevista su conexin a la red de tierra en
breve. Tiene una potencia de 1,2 Mw.
Merece mencin el Proyecto espaol GESMEY, que bajo el patrocinio
de SOERMAR y con financiacin del programa Nacional de Proyectos de
Investigacin Aplicada del plan Nacional de I+D+i 2008/2011, tiene
por objeto el diseo funcional de un nuevo tipo de generador
elctrico que aprovecha la energa de las corrientes marinas ,
mediante una hlice de tres palas, sumergida y acoplada al generador
, todo ello soportado por una estructura en Y de tres flotadores en
forma de torpedos y con un sistema de fondeo, de modo que pueda
trabajar en inmersin a distintas profundidades.
II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En este proyecto se planea disear y construir un prototipo de
generador martimo que sea capaz de convertir la fuerza de las
corrientes marinas en energa elctrica, pero para llegar a ese
objetivo se deben de contestar varias interrogantes antes, durante
y despus del proceso de fabricacin del prototipo. En este proyecto
se quieren conocer;
Qu tan eficiente puede ser generar energa elctrica por medio de
las corrientes marinas? Qu diseo es mejor, con el generador bajo el
agua o con el generador en el exterior? Qu tan rentable puede ser
la construccin de un generador de este tipo?
III. JUSTIFICACIN
Considerando atender el auge de las energas renovables en
nuestro pas y el encontrarnos geogrficamente en el litoral del
Pacfico Mexicano, se aprovechar que la energa marina no genera
impactos ambientales ni visuales considerables y constituye un
recurso energtico con gran capacidad de prediccin.
Hoy en da abastecer de energa elctrica a la poblacin es una de
las principales tareas que preocupa, debido a la alta demanda que
se necesita.Por ende se buscan nuevas maneras de producir energa
elctrica de forma confiable y segura, sin olvidar la necesidad que
se tiene de reducir las emisiones contaminantes a la atmosfera y
ayudar a detener el calentamiento global.Una de las maneras ms
fciles es la utilizacin de energas renovables para la produccin de
energa elctrica. En los ltimos aos se han desarrollado diferentes
tecnologas que nos permiten convertir los recursos renovables en
energa elctrica evitando las emisiones contaminantes y con ello
cuidar el planeta. En este proyecto se planea disear y construir un
prototipo que genere energa elctrica por medio de las corrientes
marinas, debido a que es un recurso con el que contamos y no ha
sido aprovechado en su totalidad. Con ello se planea demostrar que
la energa marina es un recurso que se puede explotar
satisfactoriamente y con ello satisfacer las necesidades de energa
de la poblacin.
IV. OBJETIVOQue los estudiantes diseen, construyan, automaticen
y controlen un prototipo didctico del cual generen energa elctrica
a partir de energa marina.
V. HIPTESIS
Este proyecto quiere demostrar la siguiente hiptesis.
Se planea utilizar la fuerza de las corrientes marinas que
llegan a nuestras costas para que esa fuerza mueva una turbina, que
a su vez, mover un generador elctrico conectado con la turbina para
con ello poder convertir la energa martima en energa elctrica y
comprobar que se puede usar este tipo de energa para generar
electricidad.
VI. MARCO TERICO
ENERGIA MARINA
Laenerga marinaoenerga de los mares(tambin denominada a
vecesenerga de los ocanosoenerga ocenica1) se refiere a laenerga
renovabletransportada por las olas del mar, las mareas, la
salinidad y las diferencias de temperatura del ocano. El movimiento
del agua en los ocanos del mundo crea un vasto almacn deenerga
cinticao energa en movimiento. Esta energa se puede aprovechar para
generar electricidad que alimente las casas, el transporte y la
industria.El trmino energa marina abarca tanto laenerga de las
olas- la energa de las olas de superficie y laenerga mareomotriz-
obtenida a partir de la energa cintica de grandes cuerpos de agua
en movimiento. La energa elica suele confundirse como una forma de
energa marina, pero en realidad es derivada de la del viento,
aunque los aerogeneradores se coloquen sobre el agua.Los ocanos
tienen una enorme cantidad de energa y estn muy cerca a muchas,
sino a la mayora, de las concentraciones de poblacin. Bastantes
investigaciones muestran que la energa ocenica tiene el potencial
de proporcionar una cantidad sustancial de nuevas energas
renovables en todo el mundo.El potencial terico es varias veces
mayor a la demanda mundial de electricidad en la actualidad, y
equivalente a 4-18 millones deTEPs.Recursos energticos martimos
globales tericosCapacidad (GW)Generacin anual. (TWh)Forma
5.00050.000Energa de las corrientes marinas
202.000Energa osmtica
1,00010.000Energa termal ocenica
90800Energa de las mareas
1.0009.0008.00080.000Energa de las olas
ENERGIA DE LAS CORRIENTES MARINAS
Laenerga de las corrientes marinasuna forma deenerga
marinaobtenida del aprovechamiento de laenerga cinticade
lascorrientes marinas, como lacorriente del Golfo. Aunque no se
utiliza todo lo ampliamente que pudiera, las corrientes marinas
tienen un potencial importante para la futura generacin de
electricidad. Las corrientes marinas son ms predecibles que el
vientoenerga elicay laenerga solar.Las corrientes marinas son
causadas principalmente por la subida y bajada de las mareas como
resultado de las interacciones gravitacionales entre la tierra, la
luna y el sol, que hacen que fluya todo el mar. Otros efectos, como
las diferencias regionales en la temperatura y la salinidad y el
efecto deCoriolisdebido a la rotacin de la tierra son tambin
influencias principales. Laenerga cinticade las corrientes marinas
se pueden convertir en su mayor parte, de la misma forma que una
turbina elica extrae energa del viento, utilizando varios tipos de
rotores de flujo abierto.El potencial de generacin de energa
elctrica a partir de las corrientes marinas de la marea es enorme.
Hay varios factores que hacen a la generacin de electricidad a
partir de las corrientes marinas muy atractiva en comparacin con
otrasenergas renovables:
Los altos factores de carga debido a las propiedades del fluido.
Existe previsibilidad de los recursos, de modo que, a diferencia de
la mayora de las otras energas renovables, la disponibilidad futura
de energa puede ser conocida y prevista, evitando la intermitencia.
Los recursos potencialmente grandes que pueden ser explotados con
escaso impacto ambiental, lo que ofrece uno de los mtodos menos
perjudiciales para la generacin a gran escala de electricidad. La
viabilidad de instalaciones de energa de corrientes marinas para
proporcionar tambin energa a la red elctrica de base, especialmente
si estn interconectadas dos o ms matrices independientes, con
flujos mximos no coincidentes en el tiempo.
Centrndonos en los generadores por rotores la energa extrable
depende de dos parmetros:
Dimetro del rotor de la turbina. Velocidad de la corriente: El
valor de la velocidad del agua ms apropiado para el diseo se estima
entre 2 y 3 m/s.
La explotacin de la energa de las corrientes marinas se basa en
el empleo de generadores posicionados en medio del flujo, que
pueden dividirse en tres tipos:
Rotores de flujo axial, cuyo eje es horizontal y en la misma
direccin del flujo. Son parecidos a las hlices de los aviones o los
generadores elicos. Rotores de eje vertical, reciben el flujo de la
corriente en sentido transversal al eje. Alerones que basculan
alternativamente al ser impulsadas por el flujo. Dentro de este
apartado cabe destacar el prototipo Stingray y el bioSTREAM. El
primero se trata de un alern parecido a un ala de avin, de 20
metros de ancho por 24 de alto. Con este aparato se pueden
conseguir 150 KW con corrientes de 2 m/s, sin embargo durante su
ensayo en Yell Sound (Escocia) promedio 90 KW y corrientes de 1
m/s. Los segundos ms parecidos a las aletas de tiburn son capaces
de generar 250 KW, y precisan corrientes de 25 m/s. Ambos estn
orientados al aprovechamiento de la energa mareomotriz.
De ahora en adelante nos centraremos en los generadores con
rotores de flujo axial. Dentro de ellos existen multitud de
sistemas de posicionarlo en la corriente. Si bien es verdad que la
mayora de ellos estn en fase conceptual y bajo patente, algunos de
ellos han llegado a una fase comercial, o al menos precomercial. De
entre la multitud de ellos que existen destacaremos los
siguientes:
Sistema SeaGen Sistema Thawt Sistema Lanstrom Sistema Vivace
Sistema GESMEY
Sistema SeaGenEl sistema SeaGen, predecesor del proyecto
SeaFlow, es un generador dos hlices bipala de 16 metros de dimetro
ubicado en el Estrecho de Strangford, colocado en Abril de 2008. Es
el mayor generador de energa que emplea las corrientes marinas del
mundo, pudiendo llegar a generar 12 MW al da, frente a los 300KW de
SeaFlowTiene una altura total de 40 metros, aunque los 10 ltimos
sobresalen por encima del nivel del agua y en ellos se encuentra
una cabina de operaciones. A fin de facilitar las operaciones de
mantenimiento, las hlices se pueden izar fuera del agua. El SeaGen
tienen una licencia para operar durante 5 aos, y durante ese tiempo
existe un programa que se encarga del estudio del impacto
medioambiental.Tambin existe un proyecto denominado SeaGen Wales,
que se encargar de construir un campo de 7 generadores SeaGen en
Anglesey, Gales. Se espera que las obras comiencen en 2017 y para
2020 se encuentre en pleno funcionamiento.Sistema ThawtLa
prestigiosa Universidad de Oxford ha presenta el prototipo THAWT
(turbina de agua transversal horizontal axial). Se trata de un
cilindro que, gracias al flujo del algia, puede girar a lo largo de
su eje. Los generadores se encuentran localizados cada 60 metros.
Una matriz de rotores THAWT de 1 km puede generar hasta 60MW, ya
que el diseo de las turbinas permite la corriente en un ngulo ms
amplio. Adems se son ms baratos, pues requiere un 60% menos de
costes de construccin y un 40% menos de mantenimiento. Sistema
LanstromSe tratan de turbinas diseadas por la empresa Hammerfest
Strm de 30 metros de altitud con unas hlices de 20 metros de
dimetro, que se han de colocar en sentido contrario al flujo,
pudiendo llegar a generar 1 MW. Se pueden situar hasta a 100 metros
de profundidad. Aunque se pueden emplear en corrientes marinas, su
uso est ms orientado a la explotacin de corrientes mareales.Estos
aparatos fueron desarrollados en Noruega, donde se consiguieron
excelentes resultados y llevan suministrando energa durante 7 aos.
Esto ha llevado a que el gobierno escocs instale en Orkney,
archipilago del norte que recibe la influencia de la corriente del
Golfo, uno de estos generadores con una potencia de 1 MW. Si las
pruebas son satisfactorias, se plantea crear la mayor matriz de
generadores a partir de corrientes marinas del mundo en la Islay
(Escocia).
Sistema VivaceEl sistema Vivace ha sido desarrollado por la
universidad de Michigan, su proyecto parte desde la Biommica.
Vivace, que significa vibraciones inducidas por vrtex para la
obtencin de energa acutica limpia, se basa en la forma que tienen
de nadar los peces aprovechando los remolinos que causan los
fluidos en torno a un cuerpo El sistema consiste en un sistema de
cilindros, colocados en posicin horizontal y unidos a unos
resortes, que a medida que circula el agua por ellos se generan
unos vrtices que los impulsan hacia arriba o hacia abajo. Mediante
este modelo se podra generar energa con corrientes de agua de
aproximadamente 1 m/s (2 nudos), lo que permite su uso tanto en
corrientes marinas como en ros, siendo este su emplazamiento ideal.
Uno de sus desarrolladores, Michael Bernitsas, asegura que la
energa de Vivace costara apenas unos 5,5 centavos de dlar por KW/h.
La energa elica cuesta 6,9 centavos por KW/h, los nucleares 4,6
centavos y la solar entre 16 y 48 centavos por KW/h. Un campo de
cilindros construido en el lecho marino de una superficie de 1km
por 1,5km y una altura 7 metros, con un flujo de tres nudos, podra
generar energa la suficiente para 100.000 hogares. Adems contara
con unos costes de construccin y mantenimiento muy reducidos, y el
impacto medioambiental tambin es muy pequeo.Sistema GESMEYDentro
del panorama nacional, destaca el trabajo de Amable Lpez Pieiro,
ingeniero naval de esta universidad (UPM). El proyecto denominado
GESMEY (Generador Elctrico Submarino con Estructura en Y), cuenta
con la financiacin de SOERMAR, y ya recibi en 2008 accsit en la
convocatoria de premios a las mejores patentes de la Fundacin
Madrid. El GESMEY es capaz de generar una potencia de 1 MW. El
generador cuenta con una forma en Y, teniendo en los extremos unos
flotadores (torpedos) que permiten a la turbina trabajar sumergida
y suspendida en equilibrio dinmico a cierta profundidad en el mar y
aprovechar mejor la energa de las corrientes marinas. LA turbina se
encuentra localizada en el centro de la estructura y la energa es
generada por una hlice de tres palas. Los torpedos se pueden
vaciar, permitiendo a la estructura salir a flote para tareas de
mantenimiento, reduciendo as el coste de stos.El sistema trata de
mejorar los sistemas de primera generacin, que cuentan con
profundidades mximas de 30-50 metros y se encuentran anclados al
fondo. Frente a ello, el profesor Amable Lpez propone su GESMEY,
que permite emplearlo en zonas con media profundidad y fondo
complejo, minimiza el impacto ambiental, reduce el impacto de las
olas, se adapta al perfil de velocidad de la corriente, es de
construccin simple y robusta, y es de fcil instalacin,
mantenimiento y desmontaje. Una de las aplicaciones que se est
barajando es aplicarlo en el estrecho de Gibraltar, aunque requiere
una serie de acondicionamientos del aparato para esta zona.Son
grandes las ventajas que podemos obtener de estos aprovechamientos,
entre ellas cabe citar:
Las corrientes marinas cuentan con una alta predictibilidad ya
que tanto las corrientes provocadas por causas inerciales como las
marales, mantienen sus caudales conocidos y prcticamente constantes
segn la poca del ao.
Factores de capacidad del 40 al 60%, llegando a ser el doble que
otras energas renovables. El factor de capacidad, tambin llamado
factor de planta o factor de carga, es el empleado para calificar
la calidad de un generador.
Impacto medioambiental mnimo; no producen contaminacin visual,
polucin o ruido ya que sus rotores, son lo suficientemente lentos,
no afectando a la vida marina.
Poseen una alta capacidad energtica pues la densidad del agua
del mar tiene de promedio el valor de 1.012 Kg/m3, mayor que el
aire. Como hemos dicho antes una corriente de agua marina una
velocidad de 2 m/s posee por cada m2 de rea perpendicular a su
flujo, la misma energa que una corriente elica de 18 m/s.
Las condiciones bajo el mar durante una tormenta son
relativamente benignas; se puede decir que sta tecnologa es inmune
a las tormentas, al contrario que los sistemas situados en la costa
o los que aprovechan la energa de las olas.
Menores costes de construccin y mantenimiento.
Retornos de inversin son cortos
Generacin de energa a partir de la fuerza del mar
Mxico cuenta con alrededor de 11,000 kilmetros de costa donde se
podra generar este tipo de energa. Para el caso de corrientes
marinas en Mxico se han reportado potenciales hasta de 40,000
MW.
Con el fin de proponer soluciones alternas para la generacin de
energa, el Instituto de Investigaciones Elctricas (IIE) se ha dado
a la tarea de profundizar en el tema de la generacin de energa a
partir de la fuerza del mar.Es as que se pueden diferenciar
bsicamente tres fuentes de energa del mar como consecuencia del
movimiento del agua: olas o energa undimotriz; mareas o energa
maremotriz, y de corrientes marinas. Las corrientes marinas se
producen bsicamente por el viento y son permanentes.
En los tres casos, la energa cintica y potencial del agua, es
decir, la energa que tiene debido a su movimiento en unos casos y a
su altura detrs de un dique en otros, se puede convertir en energa
elctrica mediante equipos apropiados.
El aprovechamiento de las corrientes marinas es muy parecido a
como se hace con el viento, ya que se emplean turbinas similares,
pero como la densidad del agua es 1000 veces mayor a la del aire,
se requieren dispositivos de menor tamao para poder generar las
mismas potencias. Y la diferencia con las corrientes producidas por
las mareas es que aqullas son relativamente constantes, adems de
que no se requieren embalses para su aprovechamiento.Cabe destacar
que actualmente, el costo de la generacin elctrica con energa del
ocano es difcil de estimar, pues aunque existe una gran diversidad
de desarrollos con diferentes grados de avance, no se cuenta con la
experiencia necesaria para conocer a detalle los costos de
inversin, operacin y mantenimiento que permitan determinar y
validar el costo por unidad de energa elctrica generada.
Pases como Portugal, Francia e Irlanda del Norte han
incursionado en la generacin de energa a partir de las olas, las
mareas y las corrientes marinas.
Es importante sealar que en Mxico an no existen, a nivel
comercial, sistemas de generacin elctrica a partir de energa del
ocano, aunque s hay un inters por conocer y desarrollar tecnologa
para aprovecharla, ya que contamos con alrededor de 11,000
kilmetros de costa.Existen estimaciones muy generales a nivel
mundial que indican que hay aproximadamente un potencial seis veces
mayor de la energa que se consume actualmente en el mundo, y casi
la mitad de ella se considera tcnicamente aprovechable. Para el
caso de corrientes marinas en Mxico se han reportado potenciales
hasta de 40,000 MW. Esto, aunque limitado geogrficamente, es un
indicador de que la energa ocenica de Mxico es abundante.
El Instituto de Investigaciones Elctricas cuenta con el
Laboratorio Nacional para la Evaluacin de los Recursos Energticos
Renovables en Mxico (LERM), cuyo objetivo es precisamente generar
informacin de calidad que permita una estimacin ms realista de los
potenciales elico, solar, biomsico, minihidrulico y ocenico. En el
tema del ocano, en colaboracin con varias universidades y centros
de investigacin, se est montando una red de equipos de medicin de
olas, mareas y corrientes marinas. Prximamente, en el marco del
LERM, se celebrar una reunin con expertos nacionales, con el fin de
armar una estrategia colegiada para el monitoreo en sitios
estratgicos y de esta manera fortalecer la red de instituciones
para compartir la informacin recabada y los resultados de
investigaciones conjuntas.
VII. MTODO
Para este proyecto se planean usar el mtodo cientfico para
comprobar la hiptesis planteada anteriormente.Se implementaran una
serie de pasos que nos permitan resolver la problemticas sobre el
proyecto y poder obtener las soluciones ms adecuadas.
1. Investigacin sobre el tema a desarrollar.
Aqu nos encargaremos de recopilar la informacin necesaria, que
nos facilite el desarrollo del proyecto.
2. Diseo del prototipo a desarrollar.
Se llevara a cabo una lluvia de ideas acerca de los diferentes
prototipos que se pueden disear, y cules seran sus ventajas y
desventajas, para poder escoger el que ms se acople a nuestras
necesidades.3. Construccin del diseo seleccionado.
Despus de tener seleccionado el diseo, se empezara en la
construccin del prototipo, con materiales que sean los indicados y
que favorezcan al prototipo en diferentes aspectos, como los
aspectos econmicos, de resistencia y otros que pueden influir en la
eficiencia del prototipo e impidan cumplir el objetivo
principal.
4. Prueba del prototipo.
Se tienen varios lugares en la zona de Manzanillo donde en caso
de construir un prototipo pueda ser probado de manera
satisfactoria, debido a la velocidad de la corriente.En el otro
caso de construir una maqueta representativa se utilizaran las
instalaciones de FACIMAR donde se cuenta con un simulador de oleaje
que se utilizara para probar el funcionamiento del prototipo.
2
VIII. CRONOGRAMA
ActividadFebreroMarzoAbrilMayo
41118254111825181522296132027
Investigacin de los tipos de energa marina.E
R
Seleccin del tipo de energa marina.E
R
Investigacin de los diseos de acuerdo al tipo de generacin.E
R
Seleccin del diseo.E
R
Investigacin de las preguntas guas.E
R
Realizar protocolo.E
R
Realizar presentacin.E
R
Primera presentacin.E
R
Investigacin de las preguntas guas.E
R
Diseo del prototipo o maqueta.E
R
Seleccin de los materiales.E
R
Construccin del prototipo o maqueta.E
R
Realizar protocolo.E
R
Realizar presentacin.E
R
Realizar video.E
R
Segunda presentacin.E
R
Investigacin de las preguntas guas.E
R
Terminar el prototipo o maqueta.E
R
Realizar pruebas al prototipo o maqueta.E
R
Realizar protocolo.E
R
Realizar presentacin.E
R
Realizar video.E
R
Tercera presentacin.E
R
IX. MATERIALES Y EQUIPO
Materiales
Generador CD Turbina de mini-Split Cables PTR Solera
Equipo
Soldadora de arco Taladro Cortadora Multmetros Caudalimetro
X. REFERENCIAS
Ogata K. (1998). Ingeniera de Control Moderna. (3 edicin).
Mxico: Prentice Hall. Stevenson. (2008). Anlisis de sistemas de
potencia. (5 edicin). MacGraw Hill Int. Fitsgeral. (1985). Mquinas
elctricas. (2 edicin). Mxico: McGraw Hill. Chapman. (1996). Mquinas
elctricas rotativas y transformadores. (2 edicin). Mxico: Prentice
Hall. Jimmie J. Cathey. (2002). Mquinas elctricas anlisis y diseo
aplicando Matlab. (4 edicin). Mxico: McGraw Hill. Budynas, R.,
Nisbett, Keith. (2008). Diseo en ingeniera mecnica de Shigley. (8
edicin). Mxico: McGraw Hill Int. Norton, R., & Garca Hernndez,
A. (2000). Diseo de maquinaria. Mxico: McGraw - Hill. Joseph Edward
Shigley. Anlisis cinemtico de mecanismos McGraw Hill. 1981. Chiang
S. Luciano. Anlisis dinmico de sistemas mecnicos. Alfa Omega. 2000.
Erdman Arthur G., & Sandor George N. Diseo de mecanismos
anlisis y sntesis. Prentice Hall. 1998. Ferdinand P. Beer & E.
Russell Johnston. Mecnica vectorial para ingenieros, dinmica.
McGraw Hill. 2000.Pginas de internet
consultadas.http://www.ecologiaverde.com/tag/energia-marina/http://www.aiest.unam.mx/biblio/SMF_SCzitromB_oceanica_11oct2012.pdfhttp://www.ptmaritima.org/renovables/desarrollo.asp?apartado=14
ANEXO
PREGUNTAS GUIAS PRIMERA PARCIAL
Control Moderno1. Qu es el control moderno?Es la rama de
laingenieraque se basa en el uso de elementos sistemticos como
controladoresPLCy PAC,control numricooservomecanismosrelacionados
con aplicaciones de latecnologa de la informacin, como son
tecnologas de ayuda por computadorCAD,CAMoCAx, para el control
industrial de maquinaria y procesos, reduciendo la necesidad de
intervencin humana. En el mbito de la industrializacin,
laautomatizacinest un paso por delante de la mecanizacin
2. Aplicaciones del control moderno?Las aplicaciones de control
automtico son sinnimos de la tecnologa moderna, se encuentran en la
robtica hasta un tostador. El control moderno aborda el problema de
obtener el comportamiento deseado de un sistema dinmico que trabaja
por s solo.Un piloto automtico, msiles guiados, control de
temperaturas, control de velocidad constante, velocidad de cintas y
unidades de disco dependen del control. Dentro del control se toma
grandes inventos como corazones artificiales, marcapasos, sistemas
para evitar colisiones, sistemas automticos para el aterrizaje de
aeronaves y muchos sistemas biolgicos. Las aplicaciones del control
automtico son infinitas, ya que casi cualquier sistema dinmico
puede ser controlado.
3. Cules son las ventajas del control moderno?Casi cualquier
sistema dinmico puede ser controlado y muchos sistemas biolgicos. Y
tecnologas de ayuda por computador
4. Defina las partes de un generador?Energa mecnicaLa energa
mecnica se usa en los generadores de CA para producir electricidad.
Las fuentes como el agua, el viento o el carbn se pueden usar para
poner en marcha los rotores dentro de un generador. El tipo de
generador ms simple se pone en movimiento mediante una manivela.
Los generadores ms grandes pueden ponerse en movimiento mediante el
viento o turbinas de agua, aire comprimido o motores de combustin
interna. Por ejemplo: si un ro fluye a travs o cerca de un pueblo,
la fuente de energa mecnica es el flujo del agua.
ImnUn imn es un material que produce un campo magntico. Tiene un
polo norte y uno sur y atrae materiales ferromagnticos (metales que
son atrados al imn y que pueden ser magnetizados como el hierro,
nquel o cobalto). Dentro de un generador de CA un imn crea un campo
magntico entre el polo norte y el sur. Cuando el rotor se mueve
entre los polos del imn los electrones de la bobina comienzan a
moverse.
RotorEl rotor es una bobina de alambre que gira en el interior
del campo magntico. El material usado por el alambre debe ser un
buen conductor (hecho de tomos con electrones atrados dbilmente).
Cuando el cable se encuentra cerca del polo sur los electrones
fluyen en una direccin y cuando est cerca del polo norte los
electrones fluyen en la otra direccin. Dado que el cable gira del
polo norte del imn al sur, luego de vuelta al norte y as
sucesivamente, la corriente elctrica cambia de direccin
constantemente.
Estator: que es una armadura metlica en reposo recubierta por
alambres de cobreque forman un circuito.
5. Tipos de actuadores empleados en los sistemas generadores?El
sistema de actuacin est compuesto bsicamente por los elementos
encargados de producir la potencia mecnica del sistema, estos
elementos son comnmente llamados actuadores, que son dispositivos
capaces de generar una fuerza a partir de lquido, energa elctrica o
gaseosa. De acuerdo a esta definicin podemos distinguir tres tipos
de actuadores: hidrulicos, neumticos y elctricos
6. Tipos de sensores utilizados en los sistemas generadores?
Encendido electrnico sin contactos tambin llamado "encendido
transistorizado"El generador de impulsos de induccinGenerador de
impulsos de efecto Hall
Sistemas de potencia II
1. Qu tipo de turbinas utilizan?
Turbina aleta de tiburn, turbina horizontal verticalTurbinas
axiales Horizontales:Turbinas axiales verticalesRotores axiales
(tipo hlice, de eje horizontal) Rotores de flujo cruzado (tipo
Giromill, de eje vertical)Turbinas de flujo axialTurbinas de flujo
cruzado
Mquinas elctricas III
1. Defina las partes de un generador de CD y de un generador de
CA.InductorEs la parte de la mquina Pieza polar:Es la parte del
circuito magntico situada entre la culata y el entrehierro,
incluyendo el ncleo y la expansin polar.Ncleo:Es la parte del
circuito magntico rodeada por el devanado inductor.Devanado
inductor:Es el conjunto de espiras destinado a producir el flujo
magntico, al ser recorrido por la corriente elctrica.Expansin
polar:Es la parte de la pieza polar prxima al inducido y que bordea
al entrehierro.Polo auxiliar o de conmutacin:Es un polo magntico
suplementario, provisto o no, de devanados y destinado a mejorar la
conmutacin. Suelen emplearse en las mquinas de mediana y gran
potencia.Culata: Es una pieza de sustancia ferromagntica, no
rodeada por devanados, y destinada a unir los polos de la
mquina.InducidoEs la parte giratoria de la mquina, tambin llamado
rotor.El inducido consta de las siguientes partes:Devanado
inducido:Es el devanado conectado al circuito exterior de la mquina
y en el que tiene lugar la conversin principal de la
energaColector: Es el conjunto de lminas conductoras (delgas),
aisladas unas de otras, pero conectadas a las secciones de
corriente continua del devanado y sobre las cuales frotan las
escobillas.Ncleo del inducido: Es una pieza cilndrica montada sobre
el cuerpo (o estrella) fijado al eje, formada por ncleo de chapas
magnticas. Las chapas disponen de unas ranuras para alojar el
devanado inducido.Escobillas Son piezas conductoras destinadas a
asegurar, por contacto deslizante, la conexin elctrica de un rgano
mvil con un rgano fijo.Entrehierro Es el espacio comprendido entre
las expansiones polares y el inducido; suele ser normalmente de 1 a
3 mm, lo imprescindible para evitar el rozamiento entre la parte
fija y la mvil.CojinetesSon las piezas que sirven de apoyo y
fijacin del eje del inducido.
2. Defina el principio de funcionamiento del generador sncrono
en vaco?
El generador sncrono es un tipo de mquina elctrica rotativa
capaz de transformar energa mecnica (en forma de rotacin) en energa
elctrica. Su principio de funcionamiento consiste en la excitacin
de flujo en el rotor. El generador sncrono est compuesto
principalmente de una parte mvil o rotor y de una parte fija o
estator.
El rotor gira recibiendo un empuje externo desde (normalmente)
una turbina. Este rotor tiene acoplada una fuente de "corriente
continua" de excitacin independiente variable que genera un flujo
constante, pero que al estar acoplado al rotor, crea un campo
magntico giratorio (por el teorema de Ferraris) que genera un
sistema trifsico de fuerzas electromotrices en los devanados
estatricos.
3. Cules son los tipos de generadores que son usados en tu
prototipo para generar energa elctrica a partir de energa
marina?
Generadores de corriente contina
4. Cul es el prototipo de generador que van a usar en su PI para
generar energa elctrica a partir de energa marina?
Un generador de CD
Diseo II1. Qu es la cinemtica de los mecanismos?
Bsicamente la cinemtica de mquinas estudia la posicin y su
relacin con el tiempo. Especficamente nos interesa la posicin, la
velocidad y la aceleracin de los puntos con la posicin angular, la
velocidad angular y la aceleracin angular de los cuerpos slidos.El
movimiento lineal y el movimiento angular son suficientes para
describir la posicin, la velocidad y la aceleracin de los cuerpos
slidos.La mayor parte de este curso con frecuencia se refiere a la
cinemtica de los mecanismos, en donde el objetivo principal es el
estudio de la geometra del movimiento.
2. Qu es la sntesis de mecanismos?El procedimiento de sntesis
analtica es un proceso algebraico y poco intuitivo que consiste en
el diseo de mecanismos a partir de posiciones deseadas o
establecidas
3. Cul es la diferencia entre mquina y mecanismo?
MECANISMOS Son ensamblajes de elementos slidos conectados por
uniones que se mueven uno sobre otro con un movimiento relativo
definido
MAQUINASEs un dispositivo o conjunto de mecanismos que
transforman o transmiten energa (de diferentes sustancias, vapor,
agua, mezcla de combustibles), desde su fuente de energa hasta la
resistencia que deben vencer. Es un dispositivo o conjunto de
mecanismos que transforman o transmiten energa (de diferentes
sustancias, vapor, agua, mezcla de combustibles), desde su fuente
de energa hasta la resistencia que deben vencer.
Anlisis dinmico de mquinas
1. Qu tipo de movimiento es el que ms se utiliza en los
elementos que componen su prototipo del cual generan energa
elctrica a partir de energa marina? Y explique cul es
comportamiento de dicho movimiento por lo menos de uno de los
elementos que lo componen.
En nuestro prototipo ocurre movimiento de rotacin en un eje
fijo, el cual ocurre en la turbina de dicho prototipo, el cual se
acciona con el paso de las corrientes marinas por la turbina, y
mantiene una velocidad constante y al acercarse al punto fijo su
velocidad es cero.
1. Qu relacin existe entre los elementos rotativos de su
prototipo del cual generen energa elctrica a partir de energa
marina con el estudio de la cinemtica?
El movimiento que acciona la turbina con las corrientes marinas
se relaciona con la cinemtica al saber el tipo de movimiento que
ocurre al cambiar de posicin dicho elemento del prototipo y saber
cunto tiempo tarde en llegar a su mxima velocidad.
Ingls VI
1. What is the difference between machine and mechanism
One machinates this shaped by several mechanisms and a mechanism
they are devices since one mesh or pulley that they realize a work
to drive the turbine.
1. What is the synthesis of mechanisms?
Our mechanism this one designed by a position established to be
able to gesticulate but we can improve the above mentioned position
to be able to take advantage to the maximum of his functioning
1. What types of generators are used?
In this type of mechanism we use a generator of direct current
because he takes advantage of the mechanical energy caused by the
turbine in electrical current
Mquinas trmicas
1. De qu forma la conversin de energa afecta al ambiente?
Depende del tipo de energa que utilizas, un ejemplo seria al
utilizar energas no renovables como son el caso de combustibles que
al quemarse emiten gases hacia la atmosfera, as como el caso de
combustibles nucleares que ocasionan residuos radiactivos en la
tierra.
1. Cules son los qumicos principales que contaminan el aire?
Los principales contaminantes que contaminan el aire son: xidos
de carbono (CO2 y CO) xidos de azufre (SO2 y SO3) xidos de nitrgeno
(NO, NO2,NO3) Compuestos orgnicos voltiles (CH4,CFC) Partculas y
aerosoles Oxidantes (O3)
1. Qu es el smog?, En qu consiste?
El smog mejor conocido como calco "neblumo" o "niebla
contaminante", es una forma de contaminacin originada a partir de
la combinacin del aire con contaminantes durante un largo perodo de
altas presiones, que provoca el estancamiento del aire y permanecen
en la teoposfera y a veces, en la estratosfera, debido a su mayor
densidad.
1. Cmo se forma el ozono al nivel del suelo? Cules son los
efectos adversos para la salud humana?
El ozono es un gas de color azul plido y olor dulzn y este se
forma a partir de una compleja reaccin en cadena en la que
intervienen la luz solar, los NOy los HC. Tpicamente, las zonas con
gran densidad de trfico (como las grandes ciudades) y otras zonas
con grandes emisiones de NOy HC registran altas cantidades de ozono
a nivel del suelo.Este ocasiona efectos nocivos como irritacin en
los pulmones, ojos, nariz y garganta. La exposicin a ese gas puede
disminuir la funcin pulmonar (las funciones cardaca y pulmonar) en
los adultos jvenes y los nios. Otro de sus efectos en los pulmones
es el aumento de la incidencia de los ataques asmticos y los
sntomas respiratorios.
1. Qu es lluvia cida? Por qu se llama lluvia? Cmo se forman los
cidos en la atmsfera? Cules son los efectos adversos en la salud
humana?
La lluvia acida es la interaccin de gases que formancidos
ntricos,cido sulfurosoycido sulfrico combinados con elaguade la
lluvia que caen a la tierra.Estos cidos se forman cuando
lahumedaden elairese combina con losxidos de nitrgeno, eldixido de
azufrey el trixido de azufreemitidos por fbricas, centrales
elctricas,calderas de calefacciny vehculos que quemancarbno
productos derivados delpetrleoque contengan azufre.Sus efectos
dependern de diversos factores, como el grado de acidez del agua,
la composicin qumica del suelo y su capacidad de "amortiguacin"
(buffering), as como de las caractersticas de los organismos vivos
afectados. El dao que produce a las personas es principalmente
indirecto, mediante el consumo de peces y agua potable contaminados
por la lluvia cida.En los bosques, la lluvia cida produce daos al
descomponer los nutrientes del suelo, dificultando el crecimiento
natural de los rboles. El dao se puede extender a los pastos de las
praderas, perjudicando al ganado, y a los lagos, pudiendo ocasionar
la muerte de gran cantidad de peces.La lluvia cida contribuye a la
degradacin de los materiales de construccin y artsticos (mal de
piedra) y la corrosin metlica. Los monumentos y edificios son
sensibles a la accin de la lluvia cida. Muchas ruinas han
desaparecido o estn por de hacerlo, a causa de este factor.
