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Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” Proyecto Fin de Carrera Investigación y diseño de entrenador didáctico “góndola de aerogenerador” Investigación y diseño de entrenador didáctico “góndola de aerogenerador” Proyecto Fin de Carrera Investigación y diseño de entrenador didáctico “góndola de aerogenerador” Autor Anthony Michot Director y ponente César Bonilla Francisco Alcrudo Sánchez Universidad Zaragoza 2013 1/87 Proyecto Fin de Carrera Investigación y diseño de entrenador didáctico “góndola de aerogenerador” Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 2/87 Investigación y diseño de entrenador didáctico “góndola de aerogenerador” RESUMEN El objetivo del proyecto es de investigar y diseñar un entrenador didáctico de góndola de aerogenerador para la empresa Edibon International que diseña y fabrica equipamientos didácticos técnicos. En efecto, esta empresa quiere completar su gama en todos los dominios donde las energías renovables se manifiestan cada vez más, y competir con las otras empresas de mismo género. El proyecto se desarrolla por las etapas siguientes y según el competidor LabVolt. El análisis de la competencia ya existente consiste en buscar las empresas proponiendo un entrenador didáctico de góndola de aerogenerador y caracterizar los productos vendidos (ventajas y desventajas). Esto permite saber lo que existe o no, y así focalizarse sobre lo que se puede hacer y añadir para desmarcarse de la competencia. La investigación sobre los aerogeneradores es esencial para saber lo que se está haciendo en el dominio de los aerogeneradores, así como las características y tecnologías adaptadas a cada uno. Esto permite elegir lo que existe y se quiere para nuestra unidad. La búsqueda de proveedores de aerogeneradores consiste en ponerse en contacto con ellos y hacer una lista de prioridad en función de las soluciones técnicas propuestas, y de los precios y plazos de entrega. Esto es la primera opción que se puede elegir: comprar un aerogenerador ya existente y adaptarlo para su utilización didáctica. La identificación de los elementos del equipamiento de LabVolt permite conocer su precio global vía los fabricantes habituales de Edibon , y estudiar el diseño completo de nuestro propio aerogenerador. Esto es la segunda opción que se puede elegir: comprar los elementos deseados y diseñar nuestro propio aerogenerador. El análisis de factibilidad del entrenador didáctico y elección la más interesante al nivel económico y técnico se hace con los precedentes estudios, un balance de sus ventajas y desventajas, su clasificación mediante factores importantes (precio, plazo y diseño por orden), y la elección y aprobación de la empresa según sus objetivos y prioridades. El diseño del equipamiento consiste en la elección de los elementos de la parte mecánica y su dimensionamiento, las otras partes haciéndose en interno de Edibon . Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 3/87 Tabla de contenidos INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................................... 5 AGRADECIMIENTOS ......................................................................................................................................... 8 1 PRESENTACIÓN DEL CONTEXTO ..................................................................................................................... 9 11 E MPRESA ........................................................................................................................................................... 9 12 P ROYECTO ........................................................................................................................................................ 10 2 INVESTIGACIÓN DE LAS SOLUCIONES POTENCIALES .................................................................................... 12 21 A NÁLISIS DE LA COMPETENCIA ............................................................................................................................... 12 211 Búsqueda de las empresas ..................................................................................................................... 12 212 LabVolt ................................................................................................................................................... 13 213 Otros competidores ................................................................................................................................ 14 22 I NVESTIGACIÓN SOBRE LOS AEROGENERADORES ......................................................................................................... 19 221 Interés .................................................................................................................................................... 19 222 Constitución de un aerogenerador ......................................................................................................... 19 223 Tecnología .............................................................................................................................................. 21 224 Dos tipos de aerogeneradores ................................................................................................................ 25 23 B ALANCE .......................................................................................................................................................... 27 3 ESTUDIO DE LAS SOLUCIONES POTENCIALES ............................................................................................... 28 31 A DAPTACIÓN DE UN AEROGENERADOR YA EXISTENTE .................................................................................................. 28 311 Contexto ................................................................................................................................................. 28 312 Método ................................................................................................................................................... 29 313 Resultado ............................................................................................................................................... 30 314 Análisis ................................................................................................................................................... 33 32 D ISEÑO COMPLETO DE UN AEROGENERADOR ............................................................................................................ 35 321 Identificación de los elementos de LabVolt ............................................................................................ 35 322 Determinación del coste global del modelo de LabVolt ......................................................................... 46 323 Análisis ................................................................................................................................................... 50 4 ELECCIÓN DE LA MEJORA SOLUCIÓN ........................................................................................................... 51 41 B ALANCE DE AMBAS SOLUCIONES ........................................................................................................................... 51 411 Coste ...................................................................................................................................................... 51 412 Facilidad ................................................................................................................................................. 51 413 Interés .................................................................................................................................................... 52 414 Plazo ....................................................................................................................................................... 52 42 C LASIFICACIÓN DE AMBAS SOLUCIONES .................................................................................................................... 52 43 S OLUCIÓN FINAL ................................................................................................................................................ 53 5 DISEÑO DEL ENTRENADOR DIDÁCTICO ........................................................................................................ 54 51 P RINCIPIO DEL DIMENSIONAMIENTO ....................................................................................................................... 54 52 G RUPO MOTOPROPULSOR .................................................................................................................................... 55 521 Presentación ........................................................................................................................................... 55 522 Dimensionamiento ................................................................................................................................. 56 53 M ECANISMO DE GUIÑADA .................................................................................................................................... 60 CONCLUSIONES .............................................................................................................................................. 62 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................................ 64 ANEXOS ......................................................................................................................................................... 66 A NEXO 1 O BJETIVOS /P ROGRESIÓN ............................................................................................................................. 66 A NEXO 2 C ARTA DE SOLICITUD DE INFORMACIÓN ........................................................................................................... 67 A NEXO 3 L ISTA COMPLETA DE LOS AEROGENERADORES DE TAMAÑOS PEQUEÑOS Y MEDIANOS ENCONTRADOS Y CLASIFICADOS .......... 69 A NEXO 4 L ISTA DETALLADA NO EXHAUSTIVA DE LOS ELEMENTOS DEL MODELO DE L AB V OLT ...................................................... 76 A NEXO 5 P RE - ESTUDIO CON L AB V OLT ......................................................................................................................... 83 A NEXO 6 D IMENSIONAMIENTO VÍA E XCEL .................................................................................................................... 87 Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 4/87 Índice de ilustración Ilustración 1 Diseño y fabricación de equipamientos didácticos técnicos en la empresa Edibon (Edibon International, 2013) ............................................................................................................................................... 5 Ilustración 2 Investigación y desarrollo de nuevos equipamientos didácticos técnicos en Edibon (Edibon International, 2013) ............................................................................................................................................... 9 Ilustración 3 Equipo de energía solar térmica (Edibon International, 2013) y de energía eólica de Edibon International (Edibon International, 2013) ........................................................................................................... 10 Ilustración 4 Wind Turbine Training System Model 46122 de LabVolt (LabVolt, 2013) .......................................... 13 Ilustración 5 Eolienne didactisée de GTI Systèmes (BTS Électrotechnique, 2004) ................................................... 15 Ilustración 6 Wind Turbine Troubleshooting Learning System de Amatrol (Amatrol, 2013) ................................... 16 Ilustración 7 Wind Turbine Trainer de Lotus Creative Innovations (Lotus Creative Innovations, 2012) y (Progressive Educational Systems Inc, 2008) ............................................................................................................................ 17 Ilustración 8 Producto de Synchrony (The Rockbridge Weekly, 2013) ................................................................... 18 Ilustración 9 Componentes principales de un aerogenerador (Energias Renovables, 2009) ................................... 20 Ilustración 10 Ejemplos de aerogeneradores: horizontal (Energías Renovables, 2010) y vertical (tipo Darrieus) (ecosources, 2008) ............................................................................................................................................... 21 Ilustración 11 Sistema de orientación: activo (Bosch Rexroth, 2012) y pasivo con timón articulado (Bornay, 2012) ............................................................................................................................................................................ 22 Ilustración 12 Sistema de regulación: paso variable (Bosh Rexroth, 2013) y paso fijo con un perfil particular al viento (Ekotekoo, 2012) ....................................................................................................................................... 23 Ilustración 13 Freno de disco (Twiflex, 2012) ........................................................................................................ 24 Ilustración 14 Aerogenerador Eole-System: presentación del aerogenerador en un salón y diseño del mecanismo en taller (Eole-System, 2012) ................................................................................................................................ 33 Ilustración 15 Aerogenerador Aeolos: vista del despiece y representación completa (Aeolos, 2012) ..................... 34 Ilustración 16 Entrenador didáctico de LabVolt .................................................................................................... 40 Ilustración 17 Estación de trabajo móvil ............................................................................................................... 40 Ilustración 18 Sistema de guiñada ........................................................................................................................ 41 Ilustración 19 Sistema de viento ........................................................................................................................... 41 Ilustración 20 Grupo motopropulsor de la góndola (1) ......................................................................................... 42 Ilustración 21 Grupo motopropulsor de la góndola (2) ......................................................................................... 42 Ilustración 22 Unidad hidráulica........................................................................................................................... 43 Ilustración 23 Panel eléctrico ............................................................................................................................... 43 Ilustración 24 Ordenador industrial ...................................................................................................................... 44 Ilustración 25 Sensores de clima ........................................................................................................................... 44 Ilustración 26 Software (1) ................................................................................................................................... 45 Ilustración 27 Software (2) ................................................................................................................................... 45 Ilustración 28 Software (3) ................................................................................................................................... 45 Ilustración 29 Esquema del grupo motopropulsor ................................................................................................ 55 Ilustración 30 Cadena de transmisión del grupo motopropulsor ........................................................................... 56 Ilustración 31 Estudio del eje lento ....................................................................................................................... 59 Ilustración 32 Esquema del mecanismo de guiñada .............................................................................................. 61 Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 5/87 Introducción Soy estudiante en último año de Ingeniera Industrial , especialidad Energía y Tecnología de Calor y Fluidos , en la Universidad de Zaragoza , y con doble titulación en la escuela de ingeniera francesa los Arts & Métiers ParisTech . A falta de un Proyecto Fin de Carrera (PFC) y siguiendo la costumbre francesa, quería hacerlo a través de una práctica profesional por varias razones. La iniciativa es un primer contacto con el mundo laboral en España, después de dos prácticas hechas en Francia. La primera práctica me permitió integrarme en la vida laboral y la segunda contemplar las expectativas del oficio de un ingeniero: descubrir y participar en un equipo con sus relaciones, responsabilidades y todo lo que lo rodea, con el fin de responder a un futuro ámbito laboral. Esta mezcla de práctica y proyecto me proporcionó un elemento positivo y formativo para mi futura carrera, y sobre todo en el dominio del desarrollo sostenible donde me oriento. En efecto, esta experiencia me permitió vivir el papel de un ingeniero en el mundo real en el campo de las energías renovables que me faltaba en mi formación actual y que quería subsanar. Ilustración 1 Diseño y fabricación de equipamientos didácticos técnicos en la empresa Edibon (Edibon International, 2013) El objetivo del proyecto es de investigar y diseñar un entrenador didáctico de góndola de aerogenerador para la empresa Edibon International que diseña y fabrica equipamientos didácticos técnicos (cf. Ilustración 1). En efecto, esta empresa quiere completar su gama de artículos en todos los dominios donde las energías renovables se manifiestan cada vez más, y también competir con las otras empresas de mismo giro. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 6/87 El proyecto se desarrolla por etapas dirigidas por mi director de PFC según el plano siguiente:  Análisis de la competencia ya existente. Consiste en buscar las empresas que ofrezcan un entrenador didáctico de góndola de aerogenerador y caracterizar los productos vendidos recuperando el máximo de información y estableciendo las ventajas y desventajas de unas y otras. Esto permite saber lo que existe o no, y así focalizarse sobre lo que se puede hacer y añadir para desmarcarse de la competencia.  Investigación sobre los aerogeneradores. Teniendo en cuenta que se quiere diseñar y realizar un modelo de aerogenerador, es esencial analizar lo que se hace en el dominio de los aerogeneradores, divididos en pequeños y grandes elementos con sus características y las tecnologías adaptadas a cada uno. Esto permite completar nuestra propia visión del entrenador que se desea diseñar y ver lo que se puede hacer o no.  Búsqueda de proveedores de aerogeneradores completos. Consiste en ponerse en contacto con los varios proveedores de pequeños y grandes aerogeneradores (presentar lo que se quiere hacer, recuperar y completar el máximo de información posible en sus productos al nivel técnico y económico), hacer una lista de prioridad en función de las soluciones técnicas propuestas, de los precios y plazos de entrega. Esto es la primera opción que se puede elegir: comprar un aerogenerador ya existente y adaptarlo para su utilización didáctica.  Identificación y descripción de los elementos utilizados por la competencia especialmente LabVolt . Consiste en reunir la mayor cantidad de datos del equipamiento de LabVolt , y completarlo con otros entrenadores similares a partir de los diferentes soportes utilizados por la competencia (videos, imágenes, documentos...), buscar los precios y plazos de los diferentes elementos con los fabricantes habituales de la empresa Edibon o de otras empresas en caso de que esta última no los maneje, y estudiar el diseño completo de nuestro propio aerogenerador. Esto es la segunda opción que se puede elegir: comprar los elementos deseados y diseñar nuestro propio aerogenerador. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 7/87  Análisis de factibilidad del entrenador didáctico de góndola de aerogenerador entre ambas opciones y elección de la más interesante al nivel económico y técnico para la empresa. Se hace con los datos de los precedentes estudios, un balance de sus ventajas y desventajas, su clasificación mediante factores importantes (precio, plazo y diseño por orden), y la elección y aprobación de la empresa según sus objetivos y prioridades.  Diseño del entrenador didáctico de góndola de aerogenerador. Consiste en la elección de los elementos de la parte mecánica componiendo el entrenador didáctico y su dimensionamiento según un estudio completo siguiendo, lo más posible, la elaboración de un aerogenerador real. Sin embargo, la parte eléctrica y programación se hace en interno por Edibon , según los objetivos del equipo, pero no es el tema de este PFC. De manera general, todo tipo de resultado se obtiene según un trámite de funcionamiento mezclado entre general a todas las personas y empresas, y propio a la manera de ser y hacer de cada uno de nosotros. Así, la presente memoria se declina en dos partes principales siguiendo este lineamiento aplicado al caso del entrenador didáctico “góndola de aerogenerador”. Primero, presentación del contexto, investigación y estudio de las soluciones potenciales, y elección de la mejor solución. Segundo, su diseño constando en un dimensionamiento de la parte mecánica del modelo permitiendo preparar su realización eligiendo los elementos principales. Luego, como toda memoria, se encuentran las partes siguientes directas o indirectas con respecto al proyecto: tabla de contenidos, introducción, agradecimiento, conclusión y bibliografía. En anexos, se insertan los diferentes trabajos realizados a lo largo de los cinco meses del proyecto siguiendo la planificación que he pensado, escrito y seguido más o menos durante mi trabajo, algunos documentos redactados durante la búsqueda de información, los varios estudios no presentados en la memoria pero sustituidos por balance/resultados. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 8/87 Agradecimientos Quiero aprovechar estas líneas para agradecer a todas las personas que me han ayudado y me han apoyado en el ámbito de mi Proyecto Fin de Carrera (PFC). En primero lugar, quería agradecer a César Bonilla, director de mi PFC y responsable técnico, diseño, control de calidad y informática de la empresa Edibon International , permitiéndome hacer este estudio, transformando un proyecto interesante para el desarrollo de su empresa en un tema de PFC, y también dirigirme y ayudarme en el desarrollo y seguimiento del proyecto. En segundo lugar, quería agradecer a Francisco Alcrudo Sánchez, ponente de mi PFC y profesor de mecánica de fluidos de la Universidad de Zaragoza , permitiéndome realizar este PFC mediante consejos, apoyo, seguimiento y otras ayudas al nivel tanto técnico como humano. Luego, quiero agradecer a Alfonso Caño, por su experiencia en el dominio de los aerogeneradores ayudándome en el progreso de mis investigaciones y respondiendo a todas mis preguntas con mucho interés y paciencia. Además, quiero agradecer a las personas siguientes quienes me ayudaron de manera directa o indirecta en este proceso: a Elías Bonilla Blázquez, director general y presidente, permitiéndome hacer un PFC en su empresa aunque buscaba un ingeniero y no un estudiante, a Begoña López García, responsable diseño grafico y informática, y otras personas trabajando en el mismo despacho: Felipe, Luis, Fran, Nuria, Sandra, Mercedes, Maite, Miguel, Diego, Alberto,… y a los que se me pasen por alto. Finalmente, quiero agradecer a una amiga Marian que ha corregido mi trabajo en parte. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 9/87 1 Presentación del contexto Como he dicho en la introducción, he tenido la suerte de hacer mi Proyecto Fin de Carrera sobre un entrenador didáctico de góndola de aerogenerador en una empresa de nombre Edibon International que diseña y fabrica equipamientos didácticos técnicos (cf. Ilustración 2). Ilustración 2 Investigación y desarrollo de nuevos equipamientos didácticos técnicos en Edibon (Edibon International, 2013) En esta parte, se desarrolla el contexto en el cual he hecho mi PFC/practica es decir presentar de manera breve la empresa y luego el proyecto en relación con el deseo de la empresa de invertirse en las energías renovables. 11 Empresa Edibon International trabaja en el área del equipamiento didáctico técnico desde hace más de treinta años, diseñando y fabricando todo tipo de equipamiento (Edibon International, 2007). Está en Madrid más precisamente en Leganés. Se dispone de un equipo de más de veinte ingenieros que continuamente está desarrollando nuevos equipamientos didácticos, incluso equipamientos a medida. Edibon ha:  Diseñado más de 1300 equipamientos distintos en la mayoría de las áreas técnicas, como por ejemplo: electrónica, electricidad, mecánica, química, y más en más energías renovables (energía solar, eólica, geotérmica, biomasa…).  Fabricado varios de los componentes de sus equipamientos, incluso muchas piezas mecanizadas utilizando sus maquinas de torno, fresa… Solamente los componentes estándares (tarjetas madre, perfiles de aluminio, tanques metálicos…) son subcontratados.  Realizado la interfaz electrónica y software que trabaja con la unidad, la interfaz y la placa electrónica de adquisición de datos. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 16/87  Propio al diseño: conjunto fijo salvo el movimiento de las palas y sistema de complejidad (diseño más distante de un aerogenerador). 2132 Amatrol Descripción Amatrol ha diseñado un equipamiento más completo que él de LabVolt presentado, llamado Wind Turbine Troubleshooting Learning System (Amatrol, 2013). Sin embargo, en el caso de LabVolt , he tratado solo del ya muy completo producto 46122 omitiendo otros equipamientos. Un sistema de red ( 46125 ) puede estar unido al 46122 y otros presentan aspectos diferentes como el paso variable ( 46123 y 46124 ) de manera eléctrica e hidráulica. En efecto, Amatrol tiene un modelo completo pero divido en tres partes (cf. Ilustración 6) pudiendo estar unidas para hacer un gran modelo. Permite estudiar y comprender las diferentes partes de un aerogenerador, así que formar los futuros técnicos simulando varios defectos o problemas. Ilustración 6 Wind Turbine Troubleshooting Learning System de Amatrol (Amatrol, 2013) Composición Se compone de tres equipamientos:  Góndola: sistema de giro con veleta y anemómetro (estación móvil), unidad hidráulica y frenos hidráulicos.  Buje: buje, palas y sistema de paso variable con veleta y anemómetro.  Generador: sistema de simulación entre el generador y su conexión a la red. Balance Ventajas  Propio al aerogenerador: sistema de paso variable y de giro con veleta y anemómetro, frenos hidráulicos y generador. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 17/87  Propio al diseño: sistema estable y mecanismo claro (con muchos detalles). Desventajas  Propio al aerogenerador: no tiene caja de cambio, no tiene acoplamientos (una parte mecánica limitada) y no tiene generador asíncrono (parece síncrono ya que no hay un multiplicador).  Propio al diseño: sistema muy voluminoso y físicamente no parece a un aerogenerador (solo partes). 2133 Lotus Creative Innovations Descripción Esta unidad didáctica de aerogenerador, Wind Turbine Trainer , parece la más completa de todas (Lotus Creative Innovations, 2012) pero, a causa de querer ser una versión a escala reducida, el sistema interesante (parte mecánica y eléctrica) es muy pequeño con respecto al conjunto global, y producción de energía eléctrica limitada (generador de 0.5V) Ilustración 7 Wind Turbine Trainer de Lotus Creative Innovations (Lotus Creative Innovations, 2012) y (Progressive Educational Systems Inc, 2008) No obstante, propone un estudio muy completo de un aerogenerador al nivel del funcionamiento o mismo para la formación de futuros técnicos con simulación de defectos y problemas (cf. Ilustración 7). Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 18/87 Composición Tiene los componentes siguientes:  Sistema de giro y de paso variable.  Buje y tripalas, ejes de baja y alta velocidad, multiplicador (transparente) y generador magnético.  Panel eléctrico. Balance Ventajas  Propio al aerogenerador: sistema de giro y de paso variable (con o sin veleta y anemómetro), multiplicador, generador asíncrono similares a un aerogenerador real  Propio al diseño: sistema estable y medio voluminoso. Desventajas  Propio al aerogenerador: no frenos (parece), potencia limitada.  Propio al diseño: elementos pequeños con respecto al conjunto global, producción de electricidad limitada. 2134 Synchrony No se sabe mucha información sobre el producto de Synchrony (The Rockbridge Weekly, 2013), excepto que existe y está diseñado por una empresa queriendo mostrar sus habilidades para hacer elementos que se pueden integrar en un aerogenerador (cf. Ilustración 8). Ilustración 8 Producto de Synchrony (The Rockbridge Weekly, 2013) El equipamiento, hecho para los estudiantes como precedamente, tiene la apariencia de un aerogenerador real pero no hay ninguna otra información. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 19/87 22 Investigación sobre los aerogeneradores La investigación sobre los aerogeneradores consiste en:  Buscar los datos generales sobre los aerogeneradores.  Estudiar sus diferentes tecnologías.  Diferenciar los aerogeneradores entre los pequeños y grandes. Esto permite analizar lo que se hace en el dominio de los aerogeneradores. 221 Interés Esta parte consiste en analizar y caracterizar los aerogeneradores actuales. En efecto, la idea no es hablar de la energía eólica en general pero aplicarla a nuestra necesidad. Se sabe casi todos los elementos principales a partir del estudio anterior, pero hay que confirmar las tecnologías utilizadas en los equipamientos didácticos técnicos de la competencia y sobretodo completarlas. Eso facilitará la comprensión de lo que rodea el proyecto. Primero, el objetivo es saber la constitución de un aerogenerador y de esa, se sacan un cierto número de elementos. Segundo, con esos, se puede buscar y encontrar las diferentes tecnologías utilizadas en los aerogeneradores y cómo funcionan. 222 Constitución de un aerogenerador Un aerogenerador “normal” (Wiki Éolienne, 2013)se compone de los elementos principales siguientes (cf. Ilustración 9):  Un aeromotor o rotor : se constituye de una o varias palas que provee de un sistema de regulación y de protección confiriendo a la hélice una frecuencia (velocidad de rotación) estable a partir de una cierta velocidad de viento, y eventualmente de un sistema de seguridad para parar la maquina en caso de viento demasiado fuerte si el sistema de regulación no funciona más allá de una cierta velocidad de viento.  Un generador eléctrico : permite convertir la energía mecánica en energía eléctrica, o directamente acoplado al aeromotor - la hélice está montada directamente sobre el eje del generador eléctrico - (generador síncrono) o entrenado por el multiplicador colocado entre el aeromotor y el generador eléctrico (generador síncrono).  Un sistema de orientación (un motor eléctrico en el caso de los aerogeneradores grandes): permite a la máquina de presentar el rotor al viento cualquiera su dirección, la energía eléctrica producida está transmitida de la parte orientable a la parte fija del aerogenerador, solidario de la torre, a través de un dispositivo a Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 20/87 colector asociado al pivote o de un cable soplado que hay que dé-retorcer periódicamente.  La góndola : se compone de un cárter o chasis que envuelve, protege y une entre ellas el conjunto de las piezas. Ilustración 9 Componentes principales de un aerogenerador (Energias Renovables, 2009)  La torre : soporta la góndola y el rotor, y abriga una escalera permitiendo el acceso a la góndola para el mantenimiento (en el caso de los aerogeneradores grandes).  Un cubo : soporta las palas y si hay un paso variable, conlleva un mecanismo permitiendo variar el ángulo de ataque simultáneamente y se puede igualmente ajustar el ángulo de las palas fijos pues se preve siempre una manera de corregir la instalación de las palas.  Un grupo hidráulico : permite la orientación de las palas y de la góndola, así que el pilotaje de los frenos aerodinámicos.  Un árbol (eje): se dice árbol lento entre el rotor y la caja de cambios (multiplicador) y árbol rápido entre la caja de cambios y el generador, es una pieza imponente (sufre esfuerzos elevados), y para los aerogeneradores sin multiplicador, hay un único árbol.  Un freno de disco : se coloca sobre el árbol rápido y permite la inmovilización del rotor durante el mantenimiento y paliar a un fallo eventual del freno aerodinámico.  El armario eléctrico de conexión a la red eléctrico: convierte la energía producida para inyectarla en la red de distribución.  Una veleta y un anemómetro colocados sobre la góndola: suministran las informaciones necesitadas para orientar correctamente el aerogenerador de manera automática. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 21/87 223 Tecnología 2231 Eje (vertical u horizontal) Existe dos tipos de aerogeneradores, clasificados según su eje principal: vertical u horizontal (cf. Ilustración 10). Además, la mayoría instalada en el mundo son de tipo horizontal (Wiki Éolienne, 2013). Ilustración 10 Ejemplos de aerogeneradores: horizontal (Energías Renovables, 2010) y vertical (tipo Darrieus) (ecosources, 2008) En efecto, un aerogenerador a eje horizontal tiene buenas prestaciones con vientos tranquilos es decir no débiles pero suporta difícilmente los importantes gradientes y vientos envolventes. El par desarrollado por el aerogenerador es más importante pero hay que prever un dispositivo de paro en caso de vientos considerables. Aunque un aerogenerador a eje vertical no necesita una orientación es decir tiene buenas prestaciones con vientos inestables pero su par es muy pequeño con respecto a un eje horizontal, y funciona siempre pero con menos prestaciones que un aerogenerador buen orientado (ecosources, 2008). 2232 Sistema de orientación En los pequeños aerogeneradores, la góndola se puede orientar según una deriva o timón regulándose a través de la sola fuerza del viento (cf. Ilustración 11). Sin embargo, en los aerogeneradores grandes, la góndola es muy pesada pare estar orientada en el viento por una deriva o timón. Así, un autómata manda a un servomotor modificar la dirección de la góndola en función de la indicación del viento recibida de la veleta colocada sobre el aerogenerador. El sistema de orientación hace girar la góndola a través del pivote de orientación (corona Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 22/87 dentada) utilizando motores eléctricos a fin de poner el rotor frente al viento (Wiki Éolienne, 2013). Ilustración 11 Sistema de orientación: activo (Bosch Rexroth, 2012) y pasivo con timón articulado (Bornay, 2012) 2233 Sistema de regulación y de protección Es un elemento esencial de la supervivencia de un aerogenerador, a fin de evitar la destrucción del aeromotor cuando el viento es demasiado violento. Es necesario equipar un aerogenerador de un sistema permitiendo disminuir las tensiones mecánicas sobre la máquina en caso de survelocidad del rotor. Estos sistemas pueden ser más o menos finos, y/o automáticos (Wiki Éolienne, 2013). Dos sistemas de frenado están instalados sobre un aerogenerador a fin de proteger el generador eléctrico contra la surproducción y el surcalentamiento, y evita un destrozo mecánico importante del aerogenerador él mismo. Sistema de freno manual Es el medio lo más simple para evitar la destrucción de una máquina, un operador puede inmovilizar el aerogenerador cuando el viento tiene una cierta velocidad. Se puede hacer gracias a un freno, cambiando la orientación de la hélice (hélice colocada paralela al viento - posición de bandera -) o modificando el calado de las palas a fin de obtener un par motor nulo. Sistema de freno automático Regulación y frenado por balanceo del aerogenerador El balanceo del aerogenerador implica una reducción de la superficie efectiva recorrida por el rotor. Se hace con una aumentación del ángulo formado entre el eje de rotación del Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 23/87 rotor y la dirección del viento o haciendo bascular la hélice hacia arriba o haciéndola girar de lado. Así el rendimiento y la potencia producida baja muy rápido. Regulación y frenado por timón articulado A partir de una cierta velocidad del viento, el timón se repliega progresivamente y automáticamente atravesado el eje del viento. No sólo frena el flujo, ralentizando la velocidad, pero desvía el aerogenerador de la perpendicular al viento. Se habla de borrado lateral o de “furling” en este caso preciso, muy utilizado sobre los pequeños aerogeneradores ya que es un sistema simple a aplicar. Sistema de regulación aerodinámico El paso variable El paso variable o pitch control es un sistema de regulación aerodinámico activo (cf. Ilustración 12): permite hacer variar el ángulo de calado de las palas en el cubo gracias a gatos hidráulicos en torno a un eje longitudinal para recuperar el máximo de viento y limitar la potencia para velocidades superiores a la velocidad nominal. Esta variación arrastra una diminución o aumentación de la sustentación de la pala pues del par motor. Un sistema de control permite determinar la mejor posición de las palas en función de la velocidad del viento y manda el sistema hidráulico a fin de ejecutar el posicionamiento. Además, permite maximizar la energía absorbida por el aerogenerador para hacerla arrancar. Ilustración 12 Sistema de regulación: paso variable (Bosh Rexroth, 2013) y paso fijo con un perfil particular al viento (Ekotekoo, 2012) Es el sistema lo más eficaz porque permite una regulación constante y casi perfecta de la rotación de generador pues de la potencia, pero es un dispositivo complejo y exige más mantenimiento. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 24/87 El paso fijo La designación “paso fijo” (cf. Ilustración 12) es impropia puesto que designa una pala con calado fijo pero el paso varía a lo largo de la envergadura de la pala (como el paso variable, la pala es rodada). El paso fijo, también llamado Stall control, es un sistema de regulación aerodinámico pasivo. Las palas están fijas con respecto al cubo. Este sistema impide las palas, diseñadas especialmente para sufrir descolgamientos, acelerar utilizando el efecto Stall, procediendo como un freno por el descolgamiento aerodinámico al nivel de la pala del rotor. En efecto, gracias a su forma, la pala no puede acelerar aunque el viento aumente. Este tipo de regulación está utilizado en el caso de los pequeños aerogeneradores porque no necesita piezas móviles o sistema de regulación en el rotor. Es un sistema simple, fiable y menos costoso pero engendra perdidas de eficacidad al arranque y con las grandes velocidades. Los alerones tipo flap Los flaps se abren automáticamente si la velocidad del viento se vuelve excesivo o si hay un problema y ralentizan las palas provocando un descolgamiento aerodinámico. Los alerones tipo spoiler Los spoilers están encastrados en el borde de ataque de las palas (freno aerodinámico). Cada spoiler esta mantenido en su alojamiento por un muelle de retorno y una masa tarados en función de la posición del spoiler en el borde de ataque de la pala. A partir de una cierta velocidad linear, la fuerza centrifuga provoca la eyección de todos los spoilers en el mismo momento modificando así el perfil aerodinámico de la pala. Paro por freno de disco automático Un detector de velocidad activa, a un nivel predeterminado, un mecanismo automático de paro completo (no de desaceleración) del aerogenerador. Cuando el viento baja de intensidad, el freno esta relajado. Los aerogeneradores a paso fijo y regulación Stall tienen a menudo, por seguridad, dos frenos de discos (cf. Ilustración 13). Ilustración 13 Freno de disco (Twiflex, 2012) Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 25/87 Regulación activa por descolgamiento aerodinámico También llamada “active Stall”, este sistema está utilizado por los aerogeneradores de importantes potencias. Tiene las ventajas de la regulación pasiva y activa a fin de controlar de manera más precisa la producción de energía. Los mecanismos de paro Son los dispositivos permitiendo inmovilizar el rotor a fin de hacer reparaciones, trabajos de mantenimiento u otras operaciones. 2234 Generador Dos tipos de generadores pueden ser utilizados: el asíncrono con multiplicador o el síncrono directamente unido al eje del rotor. Cada uno tiene sus ventajas y desventajas (Wiki Éolienne, 2013). Los generadores síncronos se desarrollan cada vez más y también existe aerogeneradores con multiplicador y generador síncrono (ejemplo: Gamesa para los aerogeneradores grandes). Generador asíncrono  Ventajas: sistema simple, utilizado desde mucho tiempo, y coste menor.  Desventajas: pérdidas de energía debidas al multiplicador, vibraciones más importantes, ruido más importante, desgaste más importante de las piezas (mantenimiento), riesgo de incendio más importante, calidad menor de la energía producida (perturbaciones en la red). Generador síncrono  Ventajas: peso menor (no multiplicador), reducción del número de piezas (ruido menor, reducción de carga, aumentación de la vida útil, diminución del mantenimiento), buen rendimiento.  Desventajas: tecnología utilizando mucho los imanes (precio medio-caro y material más en más raro) y necesidad una conversión eléctrica a fin de guardar una frecuencia constante. 224 Dos tipos de aerogeneradores Después haber visto las varias tecnologías existentes en los aerogeneradores, necesita aplicarlas en función del tipo de aerogenerador deseado, elijándose con la potencia eléctrica. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 32/87 Endurance Wind Power Stall 5 Si no mercado europeo No Temiskaming Independent Energy X Furling 0.9 3.2 No Xzeres Wind Timón Stall No No Northeast Wind Energy Motor Paso variable 1.5 ya no existe No Aerosmart X Stall 5 Si no interesado No AllEarthRenewables Stall Paso variable 2,5 No nuevo dominio : energía solar No Cyclone wind generators X X 5 No No Finnwind Oy 4 No no mercado español No JSC Wind Energy Company Timón 5 No aerogeneradores grandes No TozziNord X Paso variable 10 Si no modificaciones posibles (torre, palas) No Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 33/87 314 Análisis A partir de la lista resumida precedente, se saca dos aerogeneradores interesantes para nuestro caso (en violeta): los productos de Eole-System (francés) y de Aeolos (inglés). El primero Eole-System (cf. Ilustración 14) tiene dos características importantes: sistemas de orientación y de regulación activos (como en los aerogeneradores grandes). También el plazo de 2 semanas es muy interesante. Pero, no tiene un multiplicador (como lo hemos dicho antes, al visto de la potencia recuperada bajada un sistema de multiplicador y de generador asíncrono no sirve) y su potencia es más grande que lo que se quiere (10 kW). Además su coste de 25000 euros parece mucho ( Edibon quería no sobrepasar 10000 euros al principio…). Se puede añadir que el producto se puede venderse sin torre (o una torre adaptable) y cambiando el tamaño de las palas como lo muestra la ilustración. Ilustración 14 Aerogenerador Eole-System: presentación del aerogenerador en un salón y diseño del mecanismo en taller (Eole-System, 2012) El segundo Aeolos no tiene un multiplicador (como antes) sino un sistema de orientación activo y una potencia de 5 kW para un precio abordable de 7000 euros pero sin sistema de regulación (cf. Ilustración 15). El plazo es muy largo pero no es el principal problema. Además, después una larga discusión, se puede añadir un sistema de regulación pero con un coste superior para hacer el nuevo diseño de este tipo de aerogenerador (se basaría en sus modelos de 25 kW) de 20000 euros mínimo todo incluido y también con un plazo aún más grande. A propósito del multiplicador, no quieren porque no es necesario. La empresa se interesa mucho ya que desarrollar un nuevo aerogenerador puede ser Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 34/87 interesante para ella al visto de su originalidad y así se puede demarcarse de su competencia colaborando con nosotros. Ilustración 15 Aerogenerador Aeolos: vista del despiece y representación completa (Aeolos, 2012) Si no, en observaciones generales sobre las diferentes empresas, se puede citar que:  La mayoría de las empresas no quieren modificar sus productos como CF Green Energy o Tozzi Nord (“la” empresa la más interesante porque presenta todos los sistemas deseados, pero no es interesado para nuestra aplicación) no queriendo vender su producto sin torre, lo que cuesta caro y sin interés para nosotros.  Ninguna empresa quiere vender algunas partes de sus productos porque representan a menudo patentes o sistemas propios a cada empresa, y se desconfían del espionaje industrial, sobretodo que se quiere estudiar y mostrar el funcionamiento de un aerogenerador, así nuestros intereses divergen.  Algunas empresas no venden sus productos en el mercado español y así las elecciones de aerogeneradores se restringen.  Desgraciadamente, otras empresas parecían interesantes pero no responden (correo electrónico o teléfono), dicen que tienes algunas tecnologías pero no (abuso de términos o no he bien entendido su significación), o desde hace cinco años, han cambiado sus dominios (ahora hacen aerogeneradores grandes, se focalizan en la energía solar, y/o pertenecen a una otra empresa) porque no he encontrado un lista de aerogeneradores actualizada a hoy, o ya no existen. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 35/87 32 Diseño completo de un aerogenerador Antes de diseñar nuestro propio aerogenerador, debemos estudiar él de LabVolt . Para obtener un coste global de un diseño completo del aerogenerador, se hacen las etapas siguientes:  Identificar y describir los elementos utilizados por la competencia especialmente LabVolt mediante dos soportes (video de explicación y documentos técnicos).  Determinar el coste global de su producto, buscando los costes de cada uno de los elementos componiendo el sistema, con la ayuda de los fabricantes habituales de la empresa Edibon o de otras empresas en caso de que esta última no los maneje. 321 Identificación de los elementos de LabVolt Se identifican y se describen con lo más detalle posible los diferentes elementos y partes utilizados por LabVolt mediante primero su video de presentación (LabVolt, 2012) y segundo sus documentos técnicos (LabVolt, 2013) permitiendo de obtener una identificación completa de los elementos. Después, se encuentra la lista semi-detallada (completa en Anexo 4) pero no exhaustiva de los elementos y luego la identificación sobre imágenes tomadas del modelo de LabVolt a fin de situar los elementos. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 36/87 Lista semi-detallada no exhaustiva de los elementos del modelo de LabVolt Elementos Características Lab Volt Requisito de potencia 220V 6 A 220/380 V 50 Hz Estación de trabajo móvil 0. 0.1 Mecanismo de bloqueo 0.2 Estructura dimensiones 1.7 x 1.8 x 0.8 m, peso 576 kg Sistema de guiñada 1. 1.1 Motor reductor 124 W (1/6 HP), 28 rpm, (42Nm) 1.2 Piñón 1.3 Corona giratoria estándar 520mm, acero, dentado exterior 1.4 Columna 1.5 Tubo hidráulico 1.6 Freno hidráulico simple efecto, hidráulico (50Nm) 1.7 Sensor de torsión de cable 1.8 Codificador óptico 1.9 Conectores Sistema de viento 2. 2.1 Motor reductor 560 W (3/4 HP), 50 rpm, (107Nm) 2.2 Rueda dentada diámetro 100mm, 2 unidades 2.3 Cadena longitud entre ejes 300mm Grupo motopropulsor 3. 3.1 Buje 3.2 Palas diámetro 0,7mm 3.3 Disco 300mm 3.4 Sensor de velocidad 3.5 Dispositivo de cerradura del rotor 3.6 Eje principal de baja velocidad 610 x 45 mm Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 37/87 3.7 Palieres 2 unidades, (diámetro 45mm) 3.8 Unión eje-cubo diámetro 45mm, (>60Nm) 3.9 Reductora Ratio 38,45 3.10 Vista en corte Placa en Lexan (policarbonato) 3.11 Aceite 1.3 L, aceite sintética CLP ISO PAO VG220 3.12 Tapón con mirilla de vidrio 3.13 Tapón magnético 3.14 Tapón respiradero 3.15 Disco 254mm 3.16 Sensor de velocidad Interruptor de proximidad inductivo 3.17 Eje principal de alta velocidad 3.18 Freno de disco hidráulico Muelle, hidráulico, 3Nm 3.19 Acoplamiento multidisco de prueba de torsión (>5Nm) 3.20 Disco 250mm 3.21 Sensor de vibración 4-20 mA contra reacción 3.22 Generador Inducción 187 W (1/4 HP) 380V 0.8 A 4 polos (1500 rpm) Inducción 249 W (1/3 HP) 208V 1.7 A 4 polos (1800 rpm) Unidad hidráulica 4. 4.1 Válvulas (solenoide) 4.2 Válvulas de retención 4.3 Válvulas de alivio ajustable 4.4 Acumulador 4.5 Tanque hidráulico 3.8 L 4.6 Filtro 4.7 Indicadores hidráulicos 2 unidades 4.8 Bomba manual 57-64 bar 4.9 Aceite ISO32 o AW32 4.10 Presostato regulable 4.11 Transmisores de presión 4.12 Estanquidad Panel eléctrico 5. 5.1 Placa de vidrio 5.2 Alimentación de potencia 24V y 5 Vdc Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 38/87 5.3 Series de contactores 5.4 Interruptores (Disyuntores) 5.5 Fusibles 10 unidades 5.6 Variador de frecuencia variable 5.7 Entradas/Salidas remotas para PLC 5.7.1 Entradas digitales 24 Vdc 5.7.2 Salidas de relé 5.7.3 Entradas analógicas 4-20 mA 5.7.4 Entradas analógicas 0-10 V 5.7.5 Contadores de alta velocidad 5.7.6 Salidas analógicas 0-10 V 5.7.7 Entradas de termopar Ordenador industrial 6. 6.1 Pantalla táctil 6.2 Software HMI Siemens WinCC Flexible RT512 6.3 Software PLC Siemens WinAC RTX 2009 6.4 Brazo móvil 6.5 Ordenador Siemens IPC477C Pro, Windows XP, Ethernet (Profinet) Profibus USB Serial DVI Sensores de clima 7. 7.1 Motor 7.2 Anemómetro Señal de pulso 7.3 Veleta Señal 0-5 VDC Protecciones 8. 8.1 Botones de emergencia 2 unidades 8.2 Interruptores de fin de carrera 6 unidades, eléctrico 8.3 Embase/Pies 8.4 Bisagras 8.5 Ruedas 8.6 Anillos de carga 8.7 Tornillos Accesorios incluidos 9. 9.1 Candado y etiquetas de peligro 9.2 Accesorios de aceite 9.2.1 Carter 9.2.2 Tubos 9.2.3 Taza medidora 9.3 Herramienta de alineación del acoplamiento Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 39/87 9.4 Pistola y tubo de grasa 9.5 Llave dinamométrica 9.6 Llaves estándares 9.7 Llaves Allen 9.8 Cuñas Otros 10. Software 11. 11.1 Diferentes parámetros de la góndola 11.2 Camino de la simulación del viento 11.3 Sección de tendencia 11.4 Sección de alarma 11.5 Sección de defectos 11.6 Modo manual 11.7 Servicio Windows Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 40/87 Identificación de los elementos mediante imágenes del modelo de LabVolt (cf. Ilustraciones de 16 a 28 (LabVolt, 2012)) Ilustración 16 Entrenador didáctico de LabVolt 0 Estación de trabajo móvil 1 Sistema de guiñada 2 Sistema de viento 3 Grupo motopropulsor de la góndola 4 Panel eléctrico 5 Ordenador industrial a pantalla táctil con HMI y un software PLC 6 Sensores de clima Ilustración 17 Estación de trabajo móvil 0 Estación de trabajo móvil 01 Mecanismo de bloqueo 02 Estructura Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 41/87 1 Sistema de guiñada 11 Motor reductor 12 Piñón 13 Corona giratoria estándar 14 Columna 15 Tubo hidráulico 16 Freno hidráulico 17 Sensor de torsión de cable 18 Codificador óptico 19 Conectores Ilustración 18 Sistema de guiñada Ilustración 19 Sistema de viento 2 Sistema de viento 21 Motor reductor 22 Rueda dentada 23 Cadena 3 Grupo motopropulsor de la góndola 31 Buje 32 Palas Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 48/87 3.11 Aceite 1.3 L, aceite sintética CLP ISO PAO VG220 5 10 3.12 Tapón con mirilla de vidrio 1 5 3.13 Tapón magnético 2 5 3.14 Tapón respiradero 2 5 3.15 Disco 254mm 40 50 3.16 Sensor de velocidad Interruptor de proximidad inductivo 80 180 3.17 Eje principal de alta velocidad 100 200 3.18 Freno de disco hidráulico Muelle, hidráulico, 3Nm 200 250 3.19 Acoplamiento multidisco de prueba de torsión (>5Nm) 120 310 3.20 Disco 250mm 40 50 3.21 Sensor de vibración 4-20 mA contra reacción 100 200 3.22 Generador Inducción 187 W (1/4 HP) 380V 0.8 A 4 polos (1500 rpm) 150 350 Inducción 249 W (1/3 HP) 208V 1.7 A 4 polos (1800 rpm) Unidad hidráulica 4. 935 1875 4.1 Válvulas (solenoide) 20 30 4.2 Válvulas de retención 15 25 4.3 Válvulas de alivio ajustable 10 20 4.4 Acumulador 200 400 4.5 Tanque hidráulico 3.8 L 40 80 4.6 Filtro 20 40 4.7 Indicadores hidráulicos 2 unidades 80 140 4.8 Bomba manual 57-64 bar 300 600 4.9 Aceite ISO32 o AW32 20 30 4.10 Presostato regulable 100 200 4.11 Transmisores de presión 100 250 4.12 Estanquidad 30 60 Panel eléctrico 5. 1055 1480 5.1 Placa de vidrio 30 50 5.2 Alimentación de potencia 24V y 5 Vdc 60 100 5.3 Series de contactores 25 60 5.4 Interruptores (Disyuntores) 20 80 5.5 Fusibles 10 unidades 10 15 5.6 Variador de frecuencia variable 800 1000 5.7 Entradas/Salidas remotas para 220 350 Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 49/87 PLC 5.7.1 Entradas digitales 24 Vdc 110 175 5.7.2 Salidas de relé 10 15 5.7.3 Entradas analógicas 4-20 mA 20 30 5.7.4 Entradas analógicas 0-10 V 20 30 5.7.5 Contadores de alta velocidad 20 30 5.7.6 Salidas analógicas 0-10 V 20 40 5.7.7 Entradas de termopar 20 30 Ordenador industrial 6. 900 1450 6.1 Pantalla táctil 100 200 6.2 Software HMI Siemens WinCC Flexible RT512 100 200 6.3 Software PLC Siemens WinAC RTX 2009 100 200 6.4 Brazo móvil 50 100 6.5 Ordenador Siemens IPC477C Pro, Windows XP, Ethernet (Profinet) Profibus USB Serial DVI 550 750 Sensores de clima 7. 70 140 7.1 Motor 50 100 7.2 Anemómetro Señal de pulso 10 20 7.3 Veleta Señal 0-5 VDC 10 20 Protecciones 8. 905 1545 8.1 Botones de emergencia 2 unidades 50 100 8.2 Interruptores de fin de carrera 6 unidades, eléctrico 300 420 8.3 Embase/Pies 120 200 8.4 Bisagras 15 25 8.5 Ruedas 120 200 8.6 Anillos de carga 50 100 8.7 Tornillos 250 500 Accesorios incluidos 9. 180 400 9.1 Candado y etiquetas de peligro 15 25 9.2 Accesorios de aceite 45 85 9.2.1 Carter 20 35 9.2.2 Tubos 10 20 9.2.3 Taza medidora 15 30 9.3 Herramienta de alineación del acoplamiento 25 50 9.4 Pistola y tubo de grasa 15 25 Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 50/87 9.5 Llave dinamométrica 40 50 9.6 Llaves estándares 10 15 9.7 Llaves Allen 10 15 9.8 Cuñas 20 50 Otros 10. 500 1000 Coste global Total 9820 16355 Promedio 13088 Coeficiente de seguridad (1,5) 14730 24533 Promedio 19631 Nota No he podido encontrar el coste del multiplicador a través de un fabricante porque hay que contactar un fabricante especial y este tipo de empresa no da fácilmente información (sobre todo en el caso de los aerogeneradores, un dominio un poco encerrado y refractario a proyectos de este tipo con respecto a un aerogenerador real). Lo he determinado a partir de algunos comentarios (Grass, 2011) sobre el tema de los aerogeneradores diciendo que el coste del multiplicador representa 15% del coste total de un aerogenerador mientras que los otros costes son repartidos entre: palas (12%), generador (13%), hidráulica/eléctrica/góndola (10%), torre (20%) y otros. Conociendo el coste del generador, el coste de la reductora se aproxima de esta manera y si diseñamos todo el producto, se podrá obtener el real coste, que pienso no será lejos. 323 Análisis Según los diferentes costes encontrados a través varios suportes (sitio internet, correo electrónico, catalogo…), el producto final sería cerca de 20000 euros en promedio (o sino 25000 euros para el coste máximo) con un coeficiente de seguridad dado de 1,5 y sabiendo que las valores de los costes encontrados están tomado con una importante margen (sobre todo los costes máximos). Se puede añadir que es el coste del producto completo que se debería gastar al final para realizarlo, con respecto a los costes de la parte precedente donde se debe añadir otros costes adicionales para adaptar un aerogenerador real. Sin embargo, antes de sacar una elección precipitada, se debe hacer un estudio completo como lo demuestra la parte siguiente, porque a lo mejor se olvidan algunos factores como la facilidad/dificultad de diseñar el producto que se desea, el plazo muy importante comprendiendo su diseño (que puede permitir también de hacer lo que se quiere verdaderamente) u otros. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 51/87 4 Elección de la mejora solución Esta parte es un resumen de la parte precedente puesto que se compara ambas opciones posibles para realizar el entrenador didáctico de góndola de aerogenerador, que consisten en adaptar un aerogenerador ya existente (a) o diseñar un aerogenerador completo (b). Se declina en tres partes:  Hacer un balance de sus ventajas y desventajas.  Clasificarlos mediante factores determinado.  Elegir y obtener la aprobación de la empresa según sus objetivos y prioridades. 41 Balance de ambas soluciones Se puede hacer un balance de ambas soluciones según los criterios siguientes por orden de prioridad decreciente. 411 Coste La opción (a) tiene un promedio de 20000 euros para comprar el producto pero hay que añadir el coste para adaptarlo en nuestro proyecto, estimándose entre 10000 y 15000 euros según la parte detallando los costes de las diferentes partes de LabVolt . Mientras que la (b) debería costar al máximo 25000 euros con una visión muy pesimista y englobando toda la realización. Se nota que el coste es el factor principal y determinante cuando he empezado el estudio de factibilidad de este entrenador didáctico técnico. 412 Facilidad Para la solución (a), depende mucho del tipo de producto recibido, pero se debe añadir algunas partes que faltan (multiplicador, paso variable y/o mecanismo de giro) y seguro, el sistema de viento y el chasis. Mientras que elegir la (b) impone de hacer todo el diseño del aerogenerador, y así presenta más trabajo, aunque no es fácil de adaptar un producto a lo que se desea. Sin embargo, esta opción permite obtener lo que se quiere al final. Es un criterio importante porque se puede simplificar la realización del producto y se acercan mucho. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 52/87 413 Interés La solución (a) permite sobre todo tener el sistema de regulación activo, la tecnología la más complicada (y que no existe en el modelo LabVolt , excepto en un otro producto) y que no se hará en el caso de la (b) actualmente por su complejidad. Sin embargo, la opción (a) no tiene un multiplicador, parte esencial de lo que se desea hacer, mientras que en la (b) se puede hacer y diseñar sin ninguno fastidio. El interés habla del lado técnico de la solución adoptada y es un factor prácticamente tan esencial como el precedente. 414 Plazo El plazo depende mucho del caso ya sea para la solución (a) o (b) puesto que hay el plazo para recibir el producto añadiéndolo el resto para adaptarlo, o si no hay el plazo para diseñar y realizar el entrenador didáctico. Sin embargo, la solución (a) será más rápido que si se tiene que diseñar el producto desde el principio (b) pero no mucho. Además, el plazo no es el criterio lo más importante porque, lo recuerdo, diseñar este entrenador puede esperar, no siendo una prioridad urgente para Edibon . 42 Clasificación de ambas soluciones Según la parte precedente, se puede atribuir una calificación (entre 1 y 10 según su calidad) a ambas soluciones en función de cuatro criterios juzgados principales y esenciales para determinar la solución la más adecuada a lo que deseamos. Estos criterios están encajados un coeficiente representando su prioridad con respecto a nuestro proyecto. Así, se obtiene la tabla siguiente: coste facilidad interés plazo total promedio (a) adaptar un aerogenerador ya existente 3 10 10 10 160 6,96 (b) diseñar un aerogenerador completo 10 7 9 8 203 8,83 coeficiente 10 6 5 2 23 Nota Esta clasificación es muy cualitativa y se podría discutir de múltiples maneras porqué se ha elegido estas calificaciones y/o otros coeficientes, pero parece la más adecuada en nuestro caso, y Edibon International la ha aprobado después varias citas. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 53/87 43 Solución final Según la clasificación precedente, admitiendo que los criterios y las soluciones son en adecuación con sus coeficientes y calificaciones respectivamente, la solución elegida es la (b) es decir diseñar un aerogenerador completo . Finalmente, es la solución la más interesante para la empresa Edibon a varios niveles: el precio, factor primordial para toda empresa, y la tecnología permitiendo diseñar lo que se desea hacer y no depender de un intermediario; mientras que el plazo es un factor no determinante al visto de la prioridad segundaria calificada por Edibon en este entrenador. El diseño consistirá en hacer el producto con les características siguientes: horizontal, tripalas, potencia mínima (menos de 1kW), mecanismo de giro, y un multiplicador con generador asíncrono. Es decir cómo el modelo de LabVolt propone, y sobre todo como se hace en los aerogeneradores grandes, excepto el sistema de paso variable (y para algunos, un generador síncrono). No obstante, se guarda la idea de incluir un generador síncrono para desmarcarse de LabVolt y a lo mejor, el paso variable si se tiene la oportunidad de hacerlo. Para concluir, quiero añadir que, normalmente, no se presentará un entrenador didáctico de góndola de aerogenerador original con respecto a LabVolt , pero actualmente, existe solo el modelo de LabVolt en todo el mundo, y así, se puede encontrar una clientela para ambos, sabiendo la presencia de Edibon en países en auge como Asia, América, o también África. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 54/87 5 Diseño del entrenador didáctico Esta parte permite tratar de una parte del diseño del entrenador didáctico de góndola de aerogenerador. En efecto, el diseño se compone de las partes siguientes:  Parte mecánica: grupo motopropulsor y mecanismo de guiñada.  Parte hidráulica: suministrando la parte mecánica.  Parte eléctrica: gestionando las dos partes precedentes.  Parte programación: pilotando el equipamiento. Las dos últimas partes se hacen en función de lo que se establece en la parte mecánica (la parte hidráulica siendo solo un complemente de esta última) y no son incluidos en mi proyecto, porque se hace de manera distinta por un grupo calificado de personas en la empresa Edibon y cuyo es el trabajo. Así, diseñar el producto consiste a dimensionar su parte mecánica y presentarla a este equipo a fin de realizar el entrenador didáctico final de góndola de aerogenerador. 51 Principio del dimensionamiento El estudio se basa en un diseño y dimensionamiento parcial de un aerogenerador - hecha en parte durante mi primero año en mi escuela francesa de ingeniera (Grupo 8, 2010) - pero adaptado a los datos de LabVolt (cf. Anexo 5). Aquí se presenta solo el método para elegir sus componentes: generador, multiplicador, motor de viento, piñones – cadena, acoplamientos y frenos. Los valores marcados son cercas de los valores finales, pero mi práctica acabándose, no he determinado precisamente los diferentes elementos ya que depende de lo que se tiene en depósito y si no hay, se hace con proveedores. En efecto, las elecciones se hacen a partir de lo que Edibon tiene y no ha utilizado, y después, como los elementos son unidos, se puede elegir el sistema completa. Para el proyecto, he hecho una tabla Excel (cf. Anexo 6) permitiendo modificar los valores fácilmente en función de los elementos elegidos, y así establecer el sistema paso a paso, siguiendo el proceso que se presenta en adelante. Esta tabla es válida para el grupo motopropulsor mientras que no se necesita para el mecanismo de guiñada como se verá. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 55/87 52 Grupo motopropulsor 521 Presentación La cadena de transmisión principal (grupo motopropulsor) consiste en (cf. Ilustración 29):  Un motorreductor: simula el viento a una velocidad de rotación nominal de 50rpm y a una potencia nominal de 560W, pero esta última se fija con la potencia requerida de un generador.  Una conexión piñones-cadena uniendo el motorreductor a un eje lento: con un cierto rendimiento que se puede comparar por analogía a un factor real de rugosidad del viento.  El eje lento unido a un conjunto buje-palas por encaje y girando a través dos palieres.  Un acoplamiento (unión eje-cubo) uniendo el eje lento a un multiplicador.  El multiplicador: permite aumentar la velocidad de rotación de 38,45 veces.  Un acoplamiento multidisco de prueba de torsión uniendo el multiplicador al generador.  El generador de velocidad de rotación nominal de 1800rpm y de potencia 187W: permite recuperar la energía “eólica”. Además, se nota la presencia de un freno de disco hidráulico al nivel del eje rápido entre la salida de la multiplicadora y el segundo acoplamiento para parar el sistema en caso de emergencia (velocidad máxima del viento, fallo al nivel de la red…) Ilustración 29 Esquema del grupo motopropulsor El dimensionamiento del grupo motopropulsor se basa en el producto de LabVolt y se hace como si se ha elegido todos los elementos aunque no es el caso, porque no he tenido el tiempo en la duración de la práctica de mi PFC. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 56/87 Sin embargo, con la tabla Excel, se puede modificar los valores fácilmente en función de los elementos elegidos, y así establecer el sistema paso a paso, siguiendo el proceso que se presenta en adelante. Código del color: en rojo son los valores de los elementos elegidos, en verde los parámetros supuestos conocidos y en violeta los resultados esenciales. 522 Dimensionamiento La cadena de transmisión se resume a los valores siguientes (cf. Ilustración 30): Ilustración 30 Cadena de transmisión del grupo motopropulsor Con: V/M: Viento/Motor P: Rugosidad del sol/Piñones-cadena C: Conducción de los palieres R: Reductora/Multiplicador G: Generador Nota: El viento es caracterizado por la potencia   y la velocidad de rotación   . Elección del generador Se elige un generador de potencia   =200 y de tipo cuatro polos =2, conectado a la red con frecuencia =50. Así, esto implica:   =60.   =1500 (no es totalmente verdad porque un generador gira a una velocidad de rotación ligeramente más reducida como 1450 rpm pero es una buena aproximación) y también:   =     =1,27, en condición nominal. Elección del multiplicador A fin de tener un velocidad de rotación de viento   alrededor de 40 rpm (promedio entre 20 y 60 rpm), se elige un multiplicador con relación   =37,5, rendimiento   =  = Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 57/87 0,96 (el multiplicador tiene dos plantas n=2 y cada planta tiene un rendimiento de= 0,98), y se supone hacer un aerogenerador con paso variable es decir se debe tener una entrada con eje hueco. Pues, se tiene:   =  =     =40. Elección del conjunto piñones – cadena Se elige un conjunto con relación   =1 y   =0,9 (  simulando la rugosidad del sol y también el rendimiento de una transmisión por cadena). Elección del motorreductor Se elige un motorreductor girando a   =     =40 en nominal y de potencia:   =     .  .  =243,56 (   representando las pérdidas energéticas al nivel de la conducción sobre el eje primario E). Determinación de las palas Se supone, en este cálculo, determinar palas reales, aunque se utilizará pequeñas palas. No se quiere recuperar energía eólica real, pero es para encontrar valores de pares lo más cercas posibles de la potencia requerida en nuestro modelo. Esto permite añadir un coeficiente de seguridad porque se hace en el mismo sentido. El rayo de las palas se calcula por:   = .  .    .  .   =4,08. Y así,   =   .   =2,7/. Con analogía (cf. Anexo 5, sección Analogía), se calcula   =3,80/ y   = 18,80/). Se verifica la velocidad a la punta de las palas que no debe sobrepasar la valor   y es el caso ya que   =.  =17,08/. Además, se puede determinar el peso de una pala y la longitud de la pala., que servirán en adelante en los cálculos de pares a través la inercia de los ejes. Con los datos de fabricantes de palas, y se supone que como una pala no es plena, la masa es proporcional a la superficie. Pues:   =  .       =19,62. Y de la misma manera, si la longitud de la pala es proporcional al diámetro de rotor:   =  . .    =3,95. Elección del freno El freno se pone de costumbre al nivel del eje rápido del generador porque el par es el mínimo. Sin embargo, se estudia los dos casos para mostrarlo, suponiendo un tiempo de frenado   =15. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 64/87 Bibliografía Aeolos. (2012). Specifications. Amatrol. (2013). Obtenido de http://www.amatrol.com/blog/2011/02/25/950-tgc1/ Amatrol. (2013). Obtenido de http://www.amatrol.com/program/green-energy-technology/windturbine-technology/ Axes Industries. (2013). Obtenido de http://www.axesindustries.com/ Bornay. (2012). Obtenido de OLX: http://alpicat.olx.es/aerogenerador-bornay-600w-iid-233439985 Bosch Rexroth. (2012). 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Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 66/87 Anexos Anexo 1 Objetivos/Progresión Fecha Objetivo/Progresion Diseño de un entrenador didáctico de una barquilla de aerogenerador Según un modelo ya existente 29/10/12 – 05/11/12 Observación de un modelo ya existente de Lab Volt que la empresa Edibon quiere hacer o por lo menos inspirarse de manera más compleja y diferente 05/11/12– 12/11/12 Análisis de los elementos principales y de los accesorios aconsejados por Lab Volt o que parece interesante según Edibon 12/11/12-26/11/12 Análisis de la competencia en el mundo (cuyo España y Francia) de lo que existe ahora y así completar la visión general del modelo, intentando recuperar las mejoras ideas ya existentes y que sería interesante de añadir a nuestro entrenador 26/11/12 – 10/12/12 Búsqueda de las diferencias entre los aerogeneradores pequeños y grandes. Búsqueda de los aerogeneradores existentes parecidos al modelo de Lab Volt incluso mejor : es decir un pequeño con las propiedades de un grande. 10/12/12 – 14/01/13 Contacto con las empresas que fabrican pequeños aerogeneradores parecidos a grandes satisfaciendo al menos dos criterios sobre los cuatro principales (paso variable, sistema de giro controlado, potencia de 5kW y presencia de una multiplicadora). Estudio de precio y de plazo y elección de tres/cuatro productos si posible con el principal y algunas alternativas (Investigación, estudio y realización de manuales para las prácticas del entrenador previsto) Elección de contactos potenciales, redacción de 3 cartas en inglés, francés y español. 31/12/12 – 21/01/13 Despiece de los diferentes elementos elegidos por Lab Volt para su producto, a partir de su video Estudio de sus diferentes precios y del precio total de tanto producto. Comparación con los precios y plazos de una aerogenerador ya existente 21/01/13-18/02/13 Estudio del dimensionamiento del entrenador didáctico. Elaboracion del fichero Excel. Comienzo de la elección de los elementos con Edibon y los proveedores. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 67/87 Anexo 2 Carta de solicitud de información Versión francesa Demande d’information sur vos produits Monsieur, Madame, Je suis ingénieur chez Edibon International, entreprise qui conçoit et construit des équipements didactiques techniques vendus essentiellement à l’international. J’aimerais obtenir de plus amples renseignements sur quelques-uns de vos produits, en espérant m’adresser au service adéquat, auquel cas je vous remercie d’avance de rediriger ma demande à ledit service. Dans l’intention d’améliorer notre gamme de produits, nous envisageons de concevoir un entraîneur didactique d’une nacelle d’éolienne afin d’étudier son fonctionnement sous différentes conditions, simulant diverses pannes. Pour cela, je cherche à adapter une éolienne réelle munie des caractéristiques suivantes : horizontale, tripale, puissance de 5kW, contrôle asservi de régulation et d’orientation, et présence d’un multiplicateur. Ainsi une petite éolienne avec des propriétés semblables à une grande éolienne. J’ai consulté votre site internet et/ou les brochures de vos produits mais des renseignements plus précis me seraient nécessaires avant toute prise de décision. C’est pourquoi je vous contacte afin de m’indiquer le(s)quel(s) de vos produits est(sont) susceptible(s) de répondre à nos attentes (j’ai repéré le modèle … mais peut-être il y en a d’autres). Toutes les caractéristiques mentionnées ci-dessus sont idéales mais nous pouvons élargir notre demande : horizontale et tripale nécessaires, puissance de 1 à 10kW, contrôle asservi de régulation et/ou d’orientation, et multiplicateur préférable. Actuellement nous préparons un prototype et par la suite, nous prévoyons d’en réaliser une série de 2 à 10 unités. Ainsi je souhaiterais connaitre les prix et les délais correspondant aux produits cités. Je vous remercie de l’attention que vous porterez à ma demande et je vous prie de croire en l’assurance de mes meilleurs sentiments. Anthony Michot Ingénieur, EDIBON International Versión inglés Information request on your products Dear Sirs, I am engineer in Edibon International, company that designs and manufactures technical teaching equipments sold essentially in international markets. I would like to get more information about some of your products, hoping to contact the adequate service, in which case I thank you in advance to send my request to said service. With the intention of improving our range of products, we plan to design a teaching instructor of a wind turbine nacelle to study its operation under different conditions, simulating various faults. For this cause, I try to adapt a real wind turbine equipped with the following features : horizontal, threeblade, power 5kW, servo control of regulation and orientation, and presence of a multiplier. Thus, a small wind turbine with properties similar to a large wind turbine. I have consulted your website and/or brochures of your products but I would need more details before taking a decision. That is why I contact you in order to give me which of your product is(are) likely to meet our expectations (I noticed the model … but maybe there are others). Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 68/87 All the features above-mentioned are ideal but we can expand our request : horizontal and three-blade necessary, power from 1 to 10 kW, servo control of regulation and/or orientation, and multiplier preferable. Currently, we are planning a prototype and then, we anticipate making a series from 2 to 10 units. So, I would like to know prices and deadlines corresponding to products cited. Thank you for considering my request and yours faithfully. Anthony Michot, Engineer, Edibon International Versión española Solicitud de información sobre sus productos Distinguidos señores, Soy ingeniero de Edibon International, empresa que diseña y construye equipos didácticos técnicos vendidos esencialmente al mercado internacional. Me gustaría obtener una mayor información de algunos de sus productos, esperando dirigirme al servicio adecuado, en caso contrario le agradezco anticipadamente redirigir mi solicitud al susodicho servicio. Con intención de mejorar nuestra gama de productos, tenemos previsto diseñar un entrenador didáctico de una góndola de aerogenerador a fin de estudiar su funcionamiento según diferentes condiciones, simulando diversas averías. Por ello, intento adaptar un aerogenerador real equipado de las características siguientes : horizontal, tripala, potencia de 5kW, servo control de regulación y de orientación, y presencia de una multiplicadora. De hecho, un pequeño aerogenerador con propiedades semejantes a un gran aerogenerador. He consultado su sitio internet y/o los folletos de sus productos pero necesitaría informaciones más precisas antes de tomar una decisión. Es por eso que contacto con usted a fin de indicarme el(los) cual(es) de sus productos está(están) más dispuesto(s) a responder a mis expectativas (he notado el modelo … pero a lo mejor hay otros). Todas las características mencionadas más arriba son ideales pero podemos ampliar nuestra solicitud : horizontal y tripala necesarios, potencia de 1 a 10kW, servo control de regulación y/o de orientación, y multiplicadora preferible. Actualmente estamos preparando un prototipo y después, prevemos realizar una serie de 2 a 10 unidades. Así, desearía conocer los precios y los plazos correspondientes a los productos citados. Le agradezco anticipadamente la atención que usted prestará a mi solicitud y les saluda atentamente. Anthony Michot Ingeniero, Edibon International Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 69/87 Anexo 3 Lista completa de los aerogeneradores de tamaños pequeños y medianos encontrados y clasificados Empresa Orientación Regulación Potencia (kW) Multip Contacto Precio Plazo Comentarios Elec Pasiva Activa Pasiva Activa Mín Máx euro sem Siliken X Paso fijo 3.5 No CF Green Energy Accionador Accionador 6 50 No [email protected] 63000 no modificaciones posibles (torre, palas) No Kingspan Inercia Articulación “Furling” 6 No No Skystream X Paso fijo “Stall” 2.4 No Kestrel Timón Paso variable 3.5 No [email protected] 4400 No Stall 0.6 No DonQi No clásico No Noveol No clásico No Urban Green Energy No clásico No Eoltec/Sciricco Timón Centrifugo “Spoiler” 6 No No Wind Power Concept/Ampair 6000 X Stall 6 No Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 70/87 Aeolos X No 5 No [email protected] 6890 5 modificación posible (añadido de una regulación activa pero precio aumenta 20000 euros incluyendo concepción) Si Apple Wind No clásico (eje vertical) No Auton’home Ya no existe [email protected] No Celeol Ya no existe No Ecolab Energies No clásico (aerogenerador de bombeo) sitio No Electrovent X X 0,25 0,5 [email protected] No Eol’Process No clásico (nueva tecnología) No Eole-System X X 2 No Accionador Accionador 10 [email protected] 25300 2 Si Gual No clásico (eje vertical) No Nhéolis No clásico No Noveol No clásico No AWP X Furling 2 No Ampair microwind X Mecánico 0.3 0.6 No No Mariah Power No clásico No Fuhrländer 1500 No Marlec X X 0.7 No LVM Ya no existe No Fortis Timón Furling 1.4 10 No No Bergey X Furling 5 10 No No Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 71/87 Bornay Timón X 0.8 6 No [email protected] 9995 1 a 8 finalmente no paso variable No Jonica Impianti Stall 30 No Ropatec No clásico (eje vertical) No SouthWest WindPower X Stall 2.4 No No X X 30 40 No No Control de carga Whisper 0.9 No No SuperWind Desviación X 0.35 [email protected] No TurboWind 25 No WestWind X Furling 3 10 No No ACSA Timón Furling 0.25 10 No No Gaia Wind Stall 11 Si sitio bipala No Home Energy No clásico No Joliet Ya no existe [email protected] No Zytech Aerodyne Timón X 0.9 1 No No SVIAB Timón Furling 0.75 No Turby No clásico No Aircon Engranaje Stall 9.8 No sitio 33000 8 precio sin la torre No Atlantic Orient Canada Inc 50 No WindSpot Timón Paso variable (centrifugo) 1.5 7.5 No No Energy Solutions BV 50 No UseTheWind X 5 [email protected] no respuesta No X Stall 10 No Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 72/87 2 palas 11 No Coemi 55 No Evance Wind Timón y rotor Control reactivo 5 No [email protected] no modificaciones posibles No Aventa Azimut Paso variable 6.5 No [email protected]h ya no existe No Evoco Autoregulador Stall o manual 10 No [email protected] no respuesta No Quietrevolution 5 [email protected] no mercado español No EastWindPower Timón Stall 2 10 No No Endurance Wind Power Stall 5 Si [email protected] no mercado europeo No Hummer Dynamo Ya no existe No Northern Power 60 No Temiskaming Independent Energy X Furling 0.9 3.2 [email protected] No Xzeres Wind Timón Stall No [email protected] No Vergnet 200 No Céleste énergie/Windancer 7 palas 2.2 7 No Eastern Wind Power 50 No Northeast Wind Energy Motor Paso variable 1.5 [email protected] ya no existe No Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 73/87 Aerocraft Timón 1 No No Aerosmart X Stall 5 Si [email protected] no interesado No Inventus GmbH Timón X 6 No No Moratec Ya no existe No Windtechnik Geiger GmbH Ya no existe No Abatec Ya no existe No Invap Ingeniera Ya no existe No Flowtrack Timón Stall 5 2 palas [email protected]m.eu no respuesta No Enersud Ind No [email protected],br no respuesta No AllEarthRenewables Stall Pitch variable 2,5 No [email protected] nuevo dominio : energía solar No Cyclone wind generators X X 5 No [email protected] No Energie PGE EnduranceWindPower No Energy Resource Development Vertical No Quantum Wind Power 50 No Windturbine Ya no existe X Huamin Win. Power Inc X 2 No No Zhejiang Liten Wind Power X No No Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 80/87 Ordenador industrial 6. ordenar el sistema completo 6.1 Pantalla táctil 6.2 Software HMI Siemens WinCC Flexible RT512 6.3 Software PLC Siemens WinAC RTX 2009 6.4 Brazo móvil 6.5 Ordenador Siemens IPC477C Pro, Windows XP, Ethernet (Profinet) Profibus USB Serial DVI Sensores de clima 7. supervisar la velocidad y la dirección del viento 7.1 Motor manejar los sensores de clima 7.2 Anemómetro Señal de pulso 7.3 Veleta Señal 0-5 VDC Protecciones 8. 8.1 Botones de emergencia 2 unidades 8.2 Interruptores de fin de carrera 6 unidades, eléctrico 8.3 Embase/Pies 8.4 Bisagras 8.5 Ruedas 8.6 Anillos de carga 8.7 Tornillos Accesorios incluidos 9. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 81/87 9.1 Candado y etiquetas de peligro 9.2 Accesorios de aceite 9.2.1 Carter 9.2.2 Tubos 9.2.3 Taza medidora 9.3 Herramienta de alineación del acoplamiento 9.4 Pistola y tubo de grasa 9.5 Llave dinamométrica 9.6 Llaves estándares 9.7 Llaves Allen 9.8 Cuñas Otros 10. Software 11. 11.1 Diferentes parámetros de la góndola el rotor, rpm, en la baja velocidad y la alta velocidad, la temperatura de la reductora, la vibración del sistema, que la guiñada está haciendo, sentido horario o antihorario, frenado, dirección del viento en la posición actual de la góndola de cara al viento, posición del paso de las palas, posición actual… 11.2 Camino de la simulación del viento deber entrar por estudiantes, 10 pasos para programar la aplicación (paso activo o no, duración en segundos, dirección del viento, velocidad del viento en metro por segundo, interruptor en unidad imperial) y luego la simulación puede empezar Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 82/87 11.3 Sección de tendencia monitor algunos parámetros importantes como la posición de la guiñada frente la dirección del viento, la velocidad del generador frente la velocidad del viento, la potencia del generador, la vibración del rotor y el paso de las palas frente la velocidad del viento 11.4 Sección de alarma identificar y solucionar problemas en la unidad (usuario podrá reconocer y reiniciar las alarmas) 11.5 Sección de defectos series de defectos hardware como contactos abiertos en el panel eléctrico o defectos simulados (alta temperatura de la reductora o malcontrolar la unidad hidráulica, iniciar/pararla, poner algunas válvulas on/off, liberar los frenos, arrastrar el rotor a una velocidad predefinida y mover la guiñada calidad del aceite en la reductora) con retraso 11.6 Modo manual controlar la unidad hidráulica, iniciar/pararla, poner algunas válvulas on/off, liberar los frenos, arrastrar el rotor a una velocidad predefinida y mover la guiñada 11.7 Servicio Windows accesible para diferentes partes de la góndola como la guiñada donde se puede ver y calibrar todos los parámetros importantes en las operaciones de la guiñada, el buje para conectar uno de ambos entrenadores al entrenador de la góndola (orden del paso de las palas actuado en el entrenador del buje y el comentario envía de vuelta a la góndola) Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 83/87 Anexo 5 Pre-estudio con LabVolt Primero, se estudia el entrenador didáctico de LabVolt a fin de identificar y caracterizar completamente el sistema de LabVolt y así hacer nuestro propio estudio a partir de un estudio viable y funcionando, y poder competir con él. Se busca en un primer lugar la relación de piñones - cadena   con los datos dejados por LabVolt y en un segundo lugar la velocidad del viento virtual   . Determinación de la relación de piñones - cadena   Datos según LabVolt y suposiciones para condiciones nominales: Potencia requerida del generador:   =249 Frecuencia de la red: f=60 Numero de pares de polos: p=2 Relación del multiplicador:   =38,45 Velocidad de rotación del viento/motor:   =50 Rendimiento de cada planta del multiplicador: =0,98 Número de plantas del multiplicador: n=2 Rendimiento de la conducción (perdidas mecánicas al nivel de la conducción):   =0,95 Rendimiento de rugosidad del sol/piñones-cadena:   =0,9 Relaciones existentes: Rendimientos:   =     =    =       =     Reducción:   =       =     Generador:   =60.   Cálculos: Los cálculos se hacen paso a paso: Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 84/87 Reducción:   =60.   =1800   =  =     =46,81   =     =0,94 Potencia:   =  =0,96   =     =259,27W   =     =272,91W   =     =259,27W Par: C=    Resultados: P ω C η r G 249,00 W 1800,00 rpm 1,32 Nm E 259,27 W 46,81 rpm 52,89 Nm 0,96 38,45 C 272,91 W 46,81 rpm 55,67 Nm 0,95 1,00 M 303,24 W 50,00 rpm 57,91 Nm 0,90 0,94 Determinación de la velocidad del viento virtual   Datos según LabVolt y suposiciones para condiciones nominales: Se guardan los mismos datos que en la parte precedente, pero se cambian algunas (en azul) y se añaden otras (en verde). Potencia requerida del generador:   =187 Frecuencia de la red: f=50 Relación de piñones-cadena:   =0,94 Coeficiente de Betz:   =0,42 Velocidad específica: =6,5 Densidad del aire:   =1,225/  Relaciones conocidas Aerogenerador:   =   .  .  .  .  Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 85/87   =.  =   .    Analogía: El rayo de las palas   , la velocidad (nominal) del viento   , la velocidad máxima del viento   y la velocidad máxima en punta de palas   pueden obtenerse a partir de una analogía entre los datos del estudio francés en cual nos basamos para hacer nuestro diseño y los datos elegidos en nuestro caso. Si se considera λ,   et   constantes en los dos estudios (características del viento), se puede escribir las analogías siguientes: Primero, combinando las tres relaciones del aerogenerador, se tiene:   =   .  ..  .   .     .  Pues:   .  ..    .  ==     .  =     .  Así:   =  .     .        / Después: V  =   .   Y finalmente con relaciones simples: V  =V  .     y V  =V  .     Y admitiendo los valores del estudio francés (en azul), se puede determinar las valores esenciales en el estudio de un aerogenerador (en violeta) velocidad máxima en nuestro caso. Estudio francés LabVolt Pm1 36534,48 W Pm 227,73 W Rp1 4,05 m Rp 4,08 m ωc1 22,5 rad/s ωc 4,09 rad/s 214,8591732 rpm 39,01 rpm Vc1 14,01997409 m/s Vc 2,57 m/s Vc1max 20 m/s Vcmax 3,660921967 m/s Vc1puntamax 100 m/s Vcpuntamax 18,30460983 m/s Resultados: Según el mismo método que precedente, se tiene los resultados siguientes: P ω C η r V G 187,00 W 1500,00 rpm 1,19 Nm E 194,71 W 39,01 rpm 47,66 Nm 0,96 38,45 C 204,96 W 39,01 rpm 50,17 Nm 0,95 1,00 2,57 m/s M 227,73 W 41,67 rpm 52,19 Nm 0,90 0,94 Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 86/87 Nota Todo esto nos permite conocer los valores importantes del sistema del grupo motopropulsor Así, se puede hacerse una idea muy precisa de las características tomadas por LabVolt como los pares permitiendo elegir los acoplamientos y todos los elementos, el coeficiente de reducción del conjunto piñones-cadena, y también la potencia inicial del motor para engendrar la del generador. Se puede hacer nuestra elección a partir de estas valores que se basa en un modelo funcionando, él de LabVolt. Se nota que LabVolt trabaja con valores reales de velocidad de rotación (entre 20 y 60 rpm para el viento/motor y entre 750 y 1800 para el generador) mientras que las de potencia no son representativas de un largo aerogenerador real. Sin embargo, en nuestro caso, es completamente suficiente para simular el funcionamiento de un aerogenerador: no necesita recuperar energía eléctrica pero solo comprender y estudiar los mecanismos y sus fallos. Además, este orden de valores es posible para los pequeños aerogeneradores como lo hemos visto anteriormente. Y así, se podría basarse en un estudio de pequeño aerogenerador para completar nuestro estudio y diseño. Anthony Investigación y diseño de entrenador Michot didáctico “góndola de aerogenerador” 87/87 Anexo 6 Dimensionamiento vía Excel