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FREE FARMER ENERGY

SECRETARIA DE EDUCACIN, CULTURA Y DEPORTEESCUELA PREPARATORIA NICOLS BRAVOCLAVE 08PBH0180LREGIN CUAUHTEMOCZONA: 60

FREE FARMER ENERGY

PROYECTO DE FSICA II

ASESOR:

L.S.C.A. Mario Alberto Zavala Tintori

PARTICIPANTES:

NOMBREGRADOGRUPO

Miriam Yahaira Anchondo Baca6A

Ursulo Lujan Domnguez6A

Col. Nicols Bravo, Mpo. de Madera, Chihuahua, Marzo del 2014NDICE

TemaPgina

Introduccin2

Marco terico3

Calentamiento global3

Energas limpias3

Motor3

Generador elctrico3

Energa elica3

Corriente continua4

Corriente alterna4

Desempeos esperados4

Desarrollo experimental4

Esquema6

Pasos de elaboracin7

Frmulas7

Discusin8

Conclusiones8

Fuentes de consulta9

INTRODUCCIN

Piensa globalmente, acta localmente

Llegar el momento en el que la naturaleza se cobre la gran factura que hemos creado con ella a travs del tiempo, utilizando fuentes de energa que la daan, y ser entonces cuando nos demos cuenta que existen proveedores energticos ms respetuosos con nuestro planeta, y que proporcionan energa de calidad y en suficiente cantidad para nuestras necesidades.

En nuestra regin las principales actividades econmicas son la ganadera y la agricultura, y esta ltima ha estado decayendo debido a que para tener cosechas de calidad se necesita de una fuente de riego constante, ya que la lluvia en ocasiones no llega a tiempo o es insuficiente, por este motivo la mayora de los agricultores han tenido que dejar esta actividad.

Un sistema de riego es difcil de sustentar por los altos costos de la energa elctrica, adems de que la energa que utiliza proviene de fuentes no limpias, como la quema de petrleo o la energa nuclear.

Es por eso que nosotros diseamos un sistema de riego a base de energas limpias, que ser econmico para los agricultores, y no tendrn que estar pagando por la energa que consuma dicho sistema, ya que la producir el mismo sistema.

FREE FARMER ENERGY es un sistema que mediante un generador elctrico, que funciona a base de aire, mediante el cual se crea energa alterna, la cual convertimos en directa para proporcionar la electricidad necesaria para que una bomba de agua supla este lquido a la siembra, obteniendo as, productos de mayor calidad y a bajo costo.

Se llama generador elctrico a cualquier dispositivo capaz de transformar energa mecnica en energa elctrica. En particular, los generadores elicos o aerogeneradores utilizan la energa provista por una turbina accionada por el viento.

Nuestro proyecto est fundamentado en varios principios fsicos que comentaremos a lo largo de este documento. Para realizar este proyecto estudiamos de manera significativa los procesos de conversin de la energa, los principios de funcionamiento de una mquina en cuanto a la conversin de energa, el funcionamiento de un motor elctrico, los tipos de energa, principios de electrnica, por qu y cmo se puede aprovechar la energa del viento, entre otros conocimientos fsicos.

Y es de esta manera como nosotros queremos mediante los conocimientos que se nos han proporcionado en nuestra educacin media superior, y en particular en la materia de Fsica II, aportar algo a nuestra regin, y ser mediante este generador elico para potencializar una de las principales actividades econmicas.

MARCO TERICO

Calentamiento global.- Es un trmino utilizado para referirse al fenmeno del aumento de latemperaturamedia global, de laatmsfera terrestre y de losocanos, que posiblemente alcanz el nivel de calentamiento de lapoca medievala mediados delsiglo XX, para excederlo a partir de entonces.

El calentamiento global est asociado a uncambio climticoque puede tenercausa antropognicao no. El principal efecto que causa el calentamiento global es elefecto invernadero, fenmeno que se refiere a la absorcin por ciertos gases atmosfricos principalmenteH2O, seguido porCO2yO3 de parte de la energa que el suelo emite, como consecuencia de haber sido calentado por la radiacin solar.

El IPCC (Panel Intergubernamental del Cambio Climtico por sus siglas en ingls) sostiene que:la mayora de los aumentos observados en la temperatura media del globo desde la mitad del sigloXX, son muy probablemente debidos al aumento observado en las concentraciones degases de efecto invernadero (GEI)antropognicas.

Energas limpias.- Se denominaenerga renovable o limpiaa la energa que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energa que contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales.

Entre las energas renovables se encuentran la elica, geotrmica, hidroelctrica, mareomotriz, solar, biomasa o biocombustibles.

Motor.- Es la partesistemticade una mquina capaz de hacer funcionar el sistema, transformando algn tipo de energa (elctrica, decombustibles fsiles, etc.), enenerga mecnicacapaz de realizar untrabajo. En losaerogeneradores, lascentrales hidroelctricaso losreactores nuclearestambin se transforma algn tipo de energa en otro. Sin embargo, la palabramotorse reserva para los casos en los cuales el resultado inmediato esenerga mecnica.

Generador elctrico.- Es todo dispositivo capaz de mantener unadiferencia de potencialelctrica entre dos de sus puntos (llamadospolos, terminalesobornes) transformando laenerga mecnicaenelctrica. Esta transformacin se consigue por la accin de uncampo magnticosobre los conductores elctricos dispuestos sobre una armadura (denominada tambinesttor). Si se produce mecnicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generar unafuerza electromotriz(F.E.M.). Este sistema est basado en laley de Faraday.

Aunque la corriente generada escorriente alterna, puede ser rectificada para obtener unacorriente continua. El proceso inverso sera el realizado por unmotor elctrico, que transforma energa elctrica en mecnica.

Energa elica.- Es laenergaobtenida delviento, es decir, laenerga cinticagenerada por efecto de las corrientes de aire, y que es convertida en otras formas tiles de energa para las actividades humanas.

En la actualidad, la energa elica es utilizada principalmente para producirelectricidadmedianteaerogeneradores, conectados a las grandes redes de distribucin deenerga elctrica.

Corriente continua.- CC enespaol, eninglsDC, deDirect Current, se refiere al flujo continuo decarga elctricaa travs de unconductor entre dos puntos de distintopotencial, que no cambia de sentido con el tiempo.

Corriente alterna.- CAen espaol yACen ingls, dealternating current, se refiere a lacorriente elctricaen la que la magnitud y el sentido varan cclicamente.

DESEMPEOS ESPERADOS

Mediante este proyecto, nosotros esperramos lograr aplicar los conocimientos que obtuvimos en la clase de Fsica II al cursar el cuarto semestre, proporcionando un beneficio a la regin en la cual nos encontramos.

En el Bloque III Comprende las leyes de la electricidad, deseamos desarrollar los siguientes desempeos:

Define conceptos bsicos desarrollados con la electricidad.- este desempeo lo lograremos ya que para hacer funcionar nuestro prototipo debemos dominar cierta terminologa relacionada a la electricidad. Identifica y analiza formas de electrizar cuerpos.- lo anterior es necesario para conocer la forma en que electrizaremos la bomba que proveer el agua en nuestro sistema. Analiza y comprende el uso de las leyes de: Coulomb, Ohm, Watt, Joule, Ampere, y Faraday en el manejo y diseo de circuitos elctricos.- Fue necesario tener dominio de estas leyes para poder entender el fundamento de un generador elctrico y de nuestro sistema en s.

En el Bloque IV Relaciona la electricidad y el magnetismo aplicamos el siguiente desempeo:

Describe en base a sus caractersticas las diferencias de la corriente alterna y directa.- fue de gran importancia conocer la diferencia entre ambos tipos de corriente ya que nuestro proyecto incluye una transformacin de corriente alterna a directa, para poder lograr el funcionamiento del sistema.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

Para la realizacin de nuestro proyecto se realizaron una serie de pruebas para determinar de qu manera se materializara este trabajo. Se realiz experimentacin con viento, velocidad de viento, tipos de cargas, formas de generacin de energa, entre otros; a continuacin se describirn estas pruebas experimentales.

Primero experimentamos la manera de generar energa mediante la funcin inversa de un motor, es decir, hacer girar un motor mediante alguna fuerza (mecnica, elica, hidrulica, etc.) para que por la parte inversa se produzca energa elctrica.

Para esto probamos primero con un pequeo motor de un juguete el cual prendera un pequeo led. (Imagen 1)

Imagen 1

Al comprobar que nuestro principio funcionaba, entonces nos dimos a la tarea de conseguir un generador de energa capaz de proveer una cantidad mayor de electricidad, y optamos por utilizar una dinamo para bicicleta. (Imagen 2)

Imagen 2

Despus tuvimos que elegir la manera con la cual haramos girar el dinamo para producir la energa elctrica, y optamos por la fuerza del viento, ya que en nuestra regin la mayor parte de los meses tenemos grandes corrientes de viento, as aprovecharamos al mximo este recurso que la naturaleza nos regala.

Para lo anterior tuvimos que hacer algunas pruebas con diversos tipos de hlices, para comprobar con cul de estas giraba ms fuerte la dinamo (Imagen 3), para finalmente elegir la que se muestra en la figura 4.

Imagen 4

Imagen 3

Para concluir se unieron todas las partes, generador, hlices, bomba de agua, y dems instrumentos necesarios, para concluir con el proyecto y poder armar el prototipo que presentaremos.

ESQUEMA Y PASOS DE ELABORACIN

Esquema

DinamoMangueras de riegoGranjaBomba de aguaFuente de aguaHlices

Hlices.- Estas sern las que mediante el viento giraran, para con este movimiento provocar el funcionamiento de la dinamo y as generar la energa. Estn hechas a partir de papel y tienen un dimetro de 20 cm.

Dinamo.- Es la parte fundamental del proyecto, ya que es donde se genera la energa elctrica con la que funciona nuestro sistema de riego, la dinamo tiene la siguiente estructura:

Ruedecita moleteada

EjeMuelle de contactoAislanteTerminal de salidaCascara metlica que sirve con un terminal de la dinamo.Polo fijoBobina arrollada en la armaduraBomba de agua.- La energa generada ser transmitida a este dispositivo, el cual extraer el agua de la fuente que podr ser una laguna, lago o fuentes subterrneas. Para despus guiarlo por una serie de mangueras que se encargaran del riego.

Mangueras de riego.- Son estas por las cuales se direccionara el agua, hacia la zona donde se es requerida.

Pasos de elaboracin

1. Armar la dinamo con todas sus partes interiores ya descritas y su cubierta externa.2. Formar las hlices.3. Unir las hlices con la dinamo y ponerla en una base4. Generar un esquema del lugar donde se instalara el prototipo (granja).5. Instalar la bomba de agua.6. Disear el tendido de las mangueras de riego y unir.7. Instalacin del cableado que obtendr la energa de las dinamos para llevarlas al convertidor de energa alterna en continua y de ah proporcionar la energa a la bomba de agua.8. Agregar detalles necesarios para representar el prototipo.

FRMULAS

La mxima potencia que le podemos sacar al viento se calcula con la siguiente frmula aproximada: P = 0.15 D2 v

Dnde: P es la potencia expresada en vatios [W], D es el dimetro del rotor en metros [m] y v es la velocidad del viento en metros por segundo [m/s].

Para nuestro proyecto sera:

P = 0.15 * 0.252 * 5.553 = 1.5 W

Nuestra bomba funciona a base de 2.4 volts y 1.2 amperes, usando la formula W = V * A, resulta que necesitamos 2.88 W, los cuales si genera nuestro sistema, ya que cada dinamo produce 1.5 W y se estarn usando dos.

La velocidad de giro de una elica se puede calcular con la siguiente frmula: n = (60 v) / (pi D)

Dnde: n es el nmero de revoluciones por minuto [rpm], se llama velocidad especfica, v es la velocidad del viento en metros por segundo [m/s] y D es el dimetro de la elica en metros [m].

Para nuestro proyecto sera:

N= (60 * 1.2 * 5.55) / (3.1416 * 0.25) = 508.78 rpm

Resultados en un ambiente realVelocidad del viento8 m/s10 m/s12 m/s

Velocidad ptima del giro305 rpm380 rpm460 rpm

Potencia300 W600 W1,000 W

DISCUSIN

Al terminar el prototipo y realizar las pruebas necesarias, as como aplicar las formulas pertinentes para la comprobacin de la funcionalidad de nuestro proyecto, debatimos acerca de la funcionalidad y aplicacin de este, llegando a la teora que nuestro proyecto ser de gran beneficio en nuestra regin para generar productos agrcolas de amplia calidad.

CONCLUSIONES

Nuestra conclusin gira en torno a que debemos girar nuestra mirada hacia las fuentes de energa que sean amistosas con nuestro ambiente, ya que este planeta es el nico conocido hasta el momento que puede albergar vida, por lo que es necesario cuidar de l.

Nuestro proyecto no solo es amigable con el ambiente, sino que proveer un enorme beneficio a los granjeros o agricultores de nuestra regin, que han tenido que dejar su principal actividad econmica por falta de dinero para instalar un sistema de riego, por el alto costo de la energa necesaria para hacerlo funcionar.

FREE FARMER ENERGY provee la energa necesaria para hacer funcionar un econmico sistema de riego, que ayudara en la produccin de ms y mejores cosechas.

No solo queremos hacer uso de los conocimientos que tenemos, si no que queremos usarlos en beneficio de nuestra regin y con esto impactar en nuestro planeta.FUENTES DE CONSULTA

Fsica IIHumberto Jair Hjar JurezLizette Gonzlez JurezCarlos Hjar JurezSantillana Bachillerato

Wikipediawww.wikipedia.com.mx

Googlewww.google.com

Proyecto de Fsica IIPgina 2