Generador Eolico INFORME FINALhhhhhhhhhhhhhhhhhhh

Universidad Politécnica Salesiana, Teoría de Control II, Generador Eólico por Control a Distancia

Facultad de Ingeniería Eléctrica, Campus Kennedy, Quito - Ecuador

Abstract — The Law of Conservation of Energy states that in

a closed system the total amount of energy remains

unchanged over time, that is, that energy is neither created

nor destroyed, transformed. Therefore, when speaking of

wind, we refer to the transformation of wind kinetic energy

(depending on the speed thereof) in other useful energy by the

(typically electrical or mechanical) human

It is considered that this is an indirect form of solar energy.

This is because the sun (by sunlight) produces uneven heating

of the earth's surface by its uneven impact and the difference

between the land masses and water bodies. Consequently,

zones with different temperatures and pressure gradients are

generated, causing the displacement of air masses and,

consequently, the appearance of the wind.

I. ANTECEDENTES

Un sistema eólico surge por aprovechamiento del hombre de

la energía del viento. Antiguamente se utilizó para propulsar

naves marinas y mover molinos de grano, hoy en día se utiliza

sobre todo para generar energía limpia y segura. La

generación de electricidad a partir del viento no produce gases

tóxicos, ni contribuye al efecto invernadero, ni a la lluvia

acida. Ni origina productos secundarios peligrosos mucho

menos residuos contaminantes. Cada Kw/h de electricidad,

generada por la energía eólica evita la emisión de un

kilogramo de dióxido de carbono CO2 a la atmosfera. Por lo

que el proyecto resulta sustentable.

Electrical Engineering Student

Universidad Politécnica Salesiana

Quito-Ecuador

Pablo Achig – Santamaria Andres Artieda – Cadena Electrical Engineering Student Electrical Engineering Student

Universidad Politécnica Salesiana Universidad Politécnica Salesiana

Quito-Ecuador Quito-Ecuador

[email protected] [email protected]

Jhonny Correa – Lopez Electrical Engineering Student

Universidad Politécnica Salesiana

Quito-Ecuador

[email protected]

Generador Eólico por Control a Distancia

mailto:[email protected]





II. INTRODUCCION

La generación de energía eléctrica a partir de fuentes

renovables como el viento es una tarea que la humanidad está

descubriendo, no solo como importante, sino también como

vital para el desarrollo de las futuras generaciones. La energía

eólica es una fuente inagotable de electricidad, además de que

no contamina, es por ello que encontramos en esta un gran

campo de aplicación para el desarrollo de una fuente

alternativa de energía, trataremos de crear conciencia en las

personas, para la utilización de estos generadores en un futuro

y provocar un menor impacto ambiental en la naturaleza. En

este proyecto, trataremos de realizar pruebas con el fin de

mejorar o en su caso construir un generador eólico a través de

la aplicación de distintos métodos tecnológicos y herramientas

útiles para su mejora, se fomentará el aprovechamiento de una

fuente tan abundante de energía como lo es el viento.

III. SINTESIS El presente proyecto está enfocado en la implementación de

un sistema de energía eólica, con el fin de obtener electricidad,

demostrando la sustentabilidad de dicho. Este proyecto estará

al alcance de todos, permitiendo hacer conocer los beneficios

de un generador eólico.

IV. DELIMITACION DEL TEMA Debido a lo extenso del tema de las energías alternativas, y al

hecho de que no todas las formas de aprovechamiento de las

energías alternativas, son adecuadas y económicas, el presente

proyecto se centrará de forma muy específica en la mejora de

un generador eólico para un proyecto de desarrollo

sustentable.

V. PLANTEAMIENTO DEL

PROBLEMA En este Proyecto se pretende controlar el voltaje de salida de

una motor DC, el cual llamaremos generador eólico, puesto

que trabajara con aire generado artificialmente. El generador

de aire para realizar el movimiento será una secadora de

cabello que trabaja a 110V en corriente alterna, el cual

llamaremos fuente.

VI. HIPOTESIS Ser capaces de mejorar el generador eólico, con el fin de

obtener mayores beneficios, tales como:

- Un generador eólico más resistente, con materiales

reciclables y económicos.

- Producir energía eléctrica a menor costo.

- Reducir la contaminación.

El hecho de mejorar, no significa deficiencias en el generador

eólico existente, pero si cambios que consideramos son

necesarios para un uso más eficiente del equipo, estos

cambios se tendrán a prueba, para evaluar y tomar las

decisiones más adecuadas acerca del proyecto.

VII. OBJETIVO GENERAL - El presente proyecto tiene por objetivo general, el desarrollo

de procedimientos tecnológicos y prácticos, que se necesiten

para la construcción de las mejoras de un generador eólico por

control a distancia, inicialmente de baja potencia, para después

extender las experiencias a potencias mayores en la medida de

lo posible. Se tratará de impulsar el desarrollo de tecnologías

de aprovechamiento eólico para la utilización de esta, como

solución de problemas energéticos en algunas comunidades o

incluso en las ciudades, generando con ello, menos

contaminación y desgaste del planeta.



VIII. OBJETIVOS ESPECIFICOS - Comprender los principios fundamentales de los análisis de

Bode y Nyquist de nuestra función de transferencia, la cual

será proporcionada por el generador eólico controlado por

distancia.

- Conocer todos los beneficios que nos proporcione la

energía eólica controlada por distancia.

- Crear un documento informativo sobre el generador eólico

controlado por distancia.

- Conocer que materiales se necesitan para la elaboración y

montaje de un generador de energía eólica controlado por

distancia.

- Qué factores de la ingeniería contribuyen en la elaboración

de un generador eólico controlado por distancia como la

resistencia de materiales para su elaboración

IX. METODOLOGIA DE LA

INVESTIGACION

Esta investigación fundamentó la obtención de energía

eléctrica a través de un generador eólico, para permitir la

disminución en el consumo de esta, el enfoque prácticamente

fue cuali-cuantitativo ya que se consideró una realidad en

constante transformación, pero al mismo tiempo dio

importancia a los resultados ya que nos orientamos en la

comprobación de hipótesis.

X. DESARROLLO

La toma de medidas para crear la función de trasferencia, se

colocara el generador eólico a una distancia inicial (1cm),

frente a la fuente. Se mantendrá fijo en el lugar el generador

mientras que la fuente variara su distancia con un

espaciamiento de 0.5 cm cada vez. Así se podrá realizar

tomas de medida con voltaje de salida en el generador eólico,

estas medidas serán tomadas con un multímetro digital, el cual

medirá el voltaje DC que entregara en cada distancia que se

encuentre la fuente.

# DISTANCIA VOLTAJE

1° 1 4,48

2° 1,5 4,12

3° 2 3,76

4° 2,5 3,59

5° 3 3,42

6° 3,5 3,275

7° 4 3,13

8° 4,5 2,905

9° 5 2,68

10° 5,5 2,355

11° 6 2,03

12° 6,5 1,99

13° 7 1,95

14° 7,5 1,79

15° 8 1,63

16° 8,5 1,58

17° 9 1,53

18° 9,5 1,505

19° 10 1,48

20° 10,5 1,455

21° 11 1,43

22° 11,5 1,255

23° 12 1,08

24° 12,5 0,975

25° 13 0,87

26° 13,5 0,82

27° 14 0,77

28° 14,5 0,69

29° 15 0,61

30° 15,5 0,565

31° 16 0,52

TABLA 1. DATOS DISTANCIA VS VOLTAJE



XI. PROCEDIMIENTO

1.- Las medidas tomadas experimentalmente (Tabla 1) nos

ayudaran a desarrollar la función de transferencia que

requerimos, para así conocer cómo se comporta nuestra planta

generadora.

2.- Para la creación de nuestra función de trasferencia

usaremos el programa MATLAB el cual nos ayudara con la

estimación de nuestra panta teniendo en cuenta que tenemos

nuestra entrada y salida en forma de datos tomados

experimentalmente. Usaremos el comando “ident” el cual

permite crear una estimación de una función de transferencia.

FIGURA 1. INGRESO DE DATOS A

“SYSTEM IDENTIFICATION TOOL”

3.- Crearemos varios tipos de funciones de transferencia que

simularan lo mejor posible la planta que estamos estimando.

Con uno dos y tres polos respectivamente (P1 P2 P3D).

FIGURA 2. FUNCIÓN DE TRASFERENCIA DE PD3.

4.- Para tener una visión más clara de cuales serían nuestras

funciones de trasferencia podemos exportar los datos al

Workspace y formar la función. Con el comando “zpk( )” podremos crear una función que tenga polos y ceros, para así

compararla con la estimación principal de nuestra planta.

FIGURA 3. COMPARACIÓN DE DATOS.

En la Figura 3 podemos apreciar nuestra planta estimada por

MATLAB en color negro y las estimaciones P1 en rojo, P2 en

verde y P3D en azul. P3D será la mejor estimación ya que

obtiene un 90.68% de igualdad con nuestra planta.

Las funciones de trasferencia creadas son:

P1:

-0.069118

------------------

(s + 4.155)

P2:

-91121

-----------------------------

(s + 27.76) (s + 1e06)

P3D:

exp(-30 * s) * ----------------------------------------------

5.- Una vez tomadas las medidas y creada la función de

trasferencia deberemos considerar la automatización de la

distancia que tendrá la fuente frente al generador eólico, para

mantener estable el voltaje de salida, en un punto determinado.

Esto lo podremos realizar controlando la variable de distancia.



Para ello se utilizara un sensor ultrasónico el cual medirá la

distancia existente entre la fuente y el generador.

6.- Para la utilización del sensor se debe crear un programa

dentro de un microcontrolador ds-pic30f4013 el cual

determinara la distancia existente entre las dos partes de la

planta, este a su vez tomara las medidas de voltaje que está

emitiendo el generador y así variara la distancia para mantener

el generador eólico en un punto estable predeterminado.

7.- Una vez especificada la manera de cómo se tomaran los

datos para la actuación de la distancia entre fuente y generado,

se plantea crear una base con rieles los cuales moverán la

fuente hacia delante o atrás dependiendo sea necesario. Esta

riel se moverá con un motor el cual será activado cada vez que

el microprocesador determine que el voltaje no es el deseado.

Para la inversión de giro del motor que mueve la riel se usara

un puente H el cual nos permitirá mover el motor en sentido

horario y anti horario.

A. DIAGRAMA DE BODE

FIGURA 4. DIAGRAMA DE BODE.

Un diagrama de Bode es una representación gráfica que sirve

para caracterizar la respuesta en frecuencia de un sistema.

Normalmente consta de dos gráficas separadas, una que

corresponde con la magnitud de dicha función y otra que

corresponde con la fase.

Es una herramienta muy utilizada en el análisis

de circuitos en electrónica, siendo fundamental para el diseño

y análisis de filtros y amplificadores.

El diagrama de magnitud de Bode dibuja el módulo de la

función de transferencia (ganancia) en decibelios en función

de la frecuencia (o la frecuencia angular) en escala

logarítmica. Se suele emplear en procesado de señal para

mostrar la respuesta en frecuencia de un sistema lineal e

invariante en el tiempo.

El diagrama de fase de Bode representa la fase de la función

de transferencia en función de la frecuencia (o frecuencia

angular) en escala logarítmica. Se puede dar en grados o

en radianes. Permite evaluar el desplazamiento en fase de una

señal a la salida del sistema respecto a la entrada para una

frecuencia determinada.

• Se puede apreciar un sistema inestable ya que al variar la

fase poco el sistema tiene grandes cambios de magnitud

siendo que la fase no varía en gran proporción.

• Mientras que su fase va disminuyendo la ganancia del

sistema lo hace igual.

B. DIAGRAMA DE NYQUIST

FIGURA 5. DIAGRAMA DE NYQUIST.

El diagrama de Nyquist es una representación paramétrica de

una función de transferencia, se utiliza en control automático y

procesamiento de señales.

El uso más común de los diagramas de Nyquist es para la

evaluación de la estabilidad de un sistema con realimentación.

La representación en los ejes cardinales es, la parte real de la

función de transferencia se representa en el eje X, la parte

imaginaria se traza en el eje Y. La frecuencia se recorre como

un parámetro, por lo que a cada frecuencia le corresponde un

punto de la gráfica. Alternativamente, en coordenadas polares,

la ganancia de la función de transferencia se representa en la

coordenada radial, mientras que la fase de la función de

transferencia se representa en la coordenada angular.

• Como se puede apreciar en la figura esta función de

transferencia no es estable ya que el contorno Tp del plano

P(s) rodea el punto crítico.

https://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia

https://es.wikipedia.org/wiki/Fase_(onda)

https://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_el%C3%A9ctrico

https://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica

https://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_electr%C3%B3nico

https://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador

https://es.wikipedia.org/wiki/Decibelio

https://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_angular

https://es.wikipedia.org/wiki/Procesado_de_se%C3%B1al

https://es.wikipedia.org/wiki/Respuesta_en_frecuencia

https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_LTI

https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_LTI

https://es.wikipedia.org/wiki/Grado_sexagesimal

https://es.wikipedia.org/wiki/Radi%C3%A1n

https://es.wikipedia.org/wiki/Control_autom%C3%A1tico

https://es.wikipedia.org/wiki/Procesamiento_de_se%C3%B1ales



• Además se puede ver que el sentido del contorno Tp está en

sentido de las manecillas del reloj esta es otra característica de

que un sistema es inestable según el criterio de Nyquist, sus

polos y ceros su número de polos de P(s) no son iguales a sus

partes reales positivas.

• Se debería tener una ganancia distinta para lograr que el

lugar geométrico de la raíz pase por el punto crítico y poder

decir que la función es estable.

C. CONTROLADOR DE ADELANTO

Considere la planta:

Diseñe un controlador en adelanto para tener: error de

posición cero, margen de fase mayor que 55°, frecuencia de

cruce de ganancia no menor que el de la planta sin compensar.

Desarrollo:

Compensador de la forma

Con el polo en

, y el cero en

. Para que sea

adelanto se debe cumplir a>1

Se parte de que la frecuencia de fase máxima es:

FIGURA 6. FRECUENCIA DE FASE MAXIMA.

FIGURA 7. FRECUENCIA DE FASE DEL COMPENSADOR.

Y la fase máxima tiene una forma:

(margen de fase)

(margen de fase del compensador)

FIGURA 8. FRECUENCIA DE FASE ACTUAL.



FIGURA 9. FRECUENCIA DE FASE DESEADO.

FIGURA 10. FRECUENCIA DE FASE DE LA PLANTA.

⁄

FIGURA 11. FRECUENCIA DE FASE MAXIMA.

FIGURA 12. FRECUENCIA DE FASE DEL COMPENSADOR Y LA

PLANTA.

XII. JUSTIFICACION

La energía eólica se produce como consecuencia de la energía

cinética del viento. El viento es un fluido puro del cual nos

servimos para respirar, este no cambiará su estructura

molecular como tampoco afectará al ambiente su

transformación en energía eléctrica, por lo que es factible su

transformación y utilización como energía final. En los

últimos años la energía eólica ha cobrado gran importancia

debido a sus ventajas medioambientales, ya que, genera

electricidad a un bajo costo.

XIII. VENTAJAS

- Es renovable ya que tiene su origen en procesos

atmosféricos.

- Es limpia ya que no produce emisiones atmosféricas ni

residuos contaminantes.

- No requiere combustión, es decir que no genera emisiones de

dióxido de carbono, por lo que no contribuye al incremento

del efecto invernadero ni al cambio climático.

- Puede instalarse en espacios no aptos para otros fines, por

ejemplo en zonas desérticas, próximas a la costa, en zonas

áridas y muy empinadas para ser cultivables.

- Puede convivir con otros usos del suelo, como por ejemplo

cosechas o tierras donde se lleve a cabo la actividad ganadera.



XIV. DESVENTAJAS

- El ruido producido por el giro del rotor o el roce de las aspas

con el aire puede generar contaminación acústica, produciendo

un impacto negativo en el contexto. Sin embargo, se debe

tener en cuenta que el ruido es proporcional al tamaño del

aerogenerador, por lo que un generador de baja potencia no

producirá cambios notables. Además, cabe recordar que dicho

artefacto se ubica a una distancia prudencial de la vivienda a

alimentar (aproximadamente 200 metros) lo que disminuye

aún más la posibilidad de generar un impacto negativo en los

usuarios.

- Comparada con las fuentes convencionales de energía,

principalmente con la conexión a red, la eólica presenta costos

elevados, sobre todo si se tiene en cuenta la inversión inicial.

- Al utilizar como recurso energético el viento, se debe

considerar que esté no es constante, por lo que no es

recomendable utilizarla como única fuente de energía. A pesar

de ello, gracias a los bancos de baterías desarrollados

recientemente, la autonomía de los equipos eólicos domésticos

ha aumentado en gran medida.

XV. ANEXOS

FIGURA 13. CONTROLADOR PARA UN GENERADOR EOLICO

FIGURA 14. VOLYAJE GENERADOR POR UN GENERADOR

EOLICO CONTROLADO


EOLICO CONTROLADO



FIGURA 16. GENERADOR EOLICO CONTROLADO


EOLICO CONTROLADO

XVI. PROGRAMA

MICROCONTROLADOR

program ControlGenerador

symbol D3=PortB.10

symbol D2=PortD.1

symbol D1=PortF.0

symbol D0=PortB.9

symbol SA=PortF.1

symbol SB=PortD.0

symbol SC=PortF.2

symbol SD=PortD.2

symbol SE=PortF.6

symbol SF=PortB.12

symbol SG=PortD.8

symbol SP=PortF.3

'LED Y PULSADORES

symbol LED = PortB.8

symbol P0 = PortD.3

symbol P1 = PortB.11

'Compuertas a abri o cerrar

symbol MG1 = PortB.0

symbol MG2 = PortB.1

Dim k as word

dim disp,dig,vax as byte

dim waux, midato as word

'displays

sub procedure Displays() Org 0x1A ' ===>

SURUTINA TIMER 1

Waux = k

Disp = (Disp + 1) mod 4

select case Disp

case 0 Dig = Waux mod 10 sp=0

case 1 Waux = Waux div 10 Dig = Waux mod

10 sp=0

case 2 Waux = Waux div 100 Dig = Waux mod

10 sp=1

case 3 Dig = Waux div 1000 sp=0

end select

D3=0 D2=0 D1=0 D0=0

select case Dig ' =====>

ENCENDIDO DEL DISPLAY POR CASOS

case 0 Sa=1 Sb=1 Sc=1 Sd=1 Se=1 Sf=1 Sg=0













end select

select case Disp

case 0 D0=1

case 1 D1=1

case 2 D2=1

case 3 D3=1

end select

end sub

main:

ADPCFG=0xFFFF

trisb=0x88F1

trisd=0x9EF8

trisf=0xFFB0

' adpcfg = %1111111111111 ' Todos los pines de

PortB como digitales.

TRISB.2 = 1

trisb.8 = 0

trisb.11 = 1

trisd.3 = 1

trisb.0 = 0

trisb.1 = 0

'variable de dato

midato=0

inicio:

while true

k = Adc_Read(2)

MiDato=k/10

Delay_ms(50)

if midato<90*1.5 then '90 es la relacion entre voltaje y k

y 4.33 es voltaje que se desea mantener

MG1=1 'ponle aqui el pin del motor para el motor adelante

else

MG1=0

end if

if MiDato>90*1.7 then '90 es la relacion entre voltaje y

k y 4.33 es voltaje que se desea mantener

MG2=1 'ponle aqui el pin del motor para atras

else

MG2=0

end if

wend

goto inicio

end.

XVII. REFERENCIAS

[1.] Mosconi, O.L. (2007) “Energia Eolica para Nivel Medio”

[2.] Publicación de la Secretaría de Energia (2008) “Energía Eolica”

[3.] Spinadel, E. (2009) “Energía Eólica: un enfoque sistémico multidisciplinario destinado a países en desarrollo”

XVIII. BIOGRAFIAS

Pablo Achig, nació en Quito-Ecuador el 14

de Noviembre de 1993. Realizó sus estudios

secundarios en el Colegio Técnico “Don

Bosco”. Estudia en la Universidad

Politécnica Salesiana en la Facultad de

Ingeniería Eléctrica en la misma que está

cursando el 7mo nivel de ingeniería.

( [email protected] )

Andrés Artieda, nació en Quito-Ecuador el

1 de Noviembre de 1992. Realizó sus

estudios secundarios en el Colegio Técnico

“Don Bosco”. Estudia en la Universidad





Jhonny Correa, nació en Quito-Ecuador el

12 de Noviembre de 1990. Realizó sus

estudios secundarios en el Colegio Técnico

“Don Bosco”. Estudia en la Universidad








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causing the displacement

that energy

ecuador ii

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the sun by sunlight

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