Otras carreras Proyecto de Energías Renovables

[iaanmartinez]

Hola a todos, primero quería disculparme no sé si es exactamente aquí donde debo publicar esto ni si el tema es bien, bueno, al grano.
En la Universidad con unos compañeros estamos pensando en preparar un proyecto que apunta a Gimnasios (Gym) que puedan abastecerse su energía de manera propia mediante el movimiento de los aparatos que forman parte de cualquier centro (Cintas, bicis fijas, etc) o en todo caso, ahorrar un porcentaje considerable.

Bueno, ahora la idea es plantear los esquemas de cómo se armaran los aparatos, supongamos una bici fija, que convierta la energía cinética en energía eléctrica, a través de un circuito de inducción (creo que sería correcto), quisiera saber si sería correcto implementar imanes de neodimio y cuales sería sus ventajas y desventajas a la hora de la instalación y en cuánto a la eficiencia.

Por otro lado, alguno tiene una idea cómo va conectado este sistema de inducción a la red central de alimentación de un centro?, es decir, tengo entendido que la energía la debemos almacenar en un generador (no estoy tan seguro) y luego enviarla a la red.

Nada, finalizando un poco el tema, más que nada quería opiniones de gente mucho más experimentada en la física que yo y si podrían aportarme algo me sería de mucha ayuda.

Repito que esto es un proyecto que abarca una materia que haré el resto del año, no tiene algún objetivo económico ni mucho menos, y en cuánto si el mercado lo admite (es decir, si el producto o servicio de Gym Eco será comerciable), lo pensamos a largo plazo, por ejemplo de acá a 5 años, y también a incentivar que estos centros implementen el uso de paneles foto voltaicos.

Bueno sin más, espero sus respuesta, mil disculpas sino me explique correctamente, sepan disculparme la inexperiencia (1er proyecto de este tipo) y estaré al tanto para responder sus dudas sobre lo que estoy planteando.

[Alriga]

Re: Proyecto de Energías Renovables

Los elementos giratorios generarán tensión alterna. Su frecuencia y tensión dependerán de lo "machote" que sea el gimnasta dando pedales, por lo que es inviable volcarla directamente a la red de 220 Vac 50 Hz.

Las etapas básicas, (todo muy resumido) que necesitaréis son:

* Un generador acoplado a la bicicleta que convierta el giro en tensión alterna, (supongo que lo más fácil es comprar alguno de los muchos que deben existir)

* Un rectificador, (puede ser sencillo, 4 diodos y un condensador de filtro) para convertir la alterna en contínua no estabilizada.

* Un circuito convertidor de contínua no estabilizada - a continua estabilizada, por ejemplo 12 Vdc estabilizados a la salida. Probablemente un convertidor de tipo Boost Converter

* Unas baterías, (en este ejemplo deberían ser de 12 V) que almacenen la energía que sale del convertidor.

* Un inversor que convierta los 12 Vdc de la batería a 220 Vac 50 Hz para inyección a la red. Si quieres inyectar en la red, no puede ser un inversor barato sencillo cualquiera, pues las compañías eléctricas no permiten que se les inyecte cualquier cosa. El inversor lleva un contador de energía que mide lo que inyectas a la red, para que la compañía te pague cada kWh inyectado al precio acordado.

Esto es lo más básico, a partir de aquí podéis explorar múltiples variantes, saludos.

[Richard R Richard]

Re: Ayuda con Proyecto de Energías Renovables

Los elementos giratorios generarán tensión alterna. Su frecuencia y tensión dependerán de lo "machote" que sea el gimnasta dando pedales, por lo que es inviable volcarla directamente a la red de 220 Vac 50 Hz.

Para comentar quizá más en profundidad lo que te quiere decir Alriga, es que cada gimnasta tiene un ritmo de pedaleo distinto, pero la corriente y tensión alterna que debes entregar a la red es única, los gimnastas no van a poder estar sincronizados todo el tiempo con la red electrica. Para que puedan dar su granito de arena energético, debes colectar el esfuerzo individual, para luego transformar una única vez el total colectado y entregarlo a la red, de un modo similar a como lo hacen los paneles fotovoltaicos.

La potencia individual que puedes entregar es muy baja, necesitaras muchísima gente para que lo que te paguen por vender la energía, de rédito económico a toda la inversión que debes hacer en bicicletas, aún si no pudieras, puedes dar energía a todo el edificio para mantenerlo fuera de la red domiciliaria ahorrando directamente, y no consumiendo energías que no son renovables.

Por el resto comparto todo lo te ha dicho muy completo Alriga al que aprovecho para saludar.

[Julián]

Re: Ayuda con Proyecto de Energías Renovables

quisiera saber si sería correcto implementar imanes de neodimio y cuales sería sus ventajas y desventajas a la hora de la instalación y en cuánto a la eficiencia.

¿Quieres armar vos mismo los generadores? Pues armar un generador no es cosa simple, y hasta los propios fabricantes se reservan técnicas de construcción. Con respecto al núcleo debe ser un núcleo laminado de acero al silicio orientado. De lamisma manera la distancia entre el rotor y el estator (entre hierro) debe ser lo más pequeña posible, permitiendo el movimiento rotatorio claro está. Y luego está la relación cantidad de polos, si es un generador síncronico.
La única solución es que no se pongan a realizar el generador, compren uno y listo.

Luego está el aspecto que te mencionan Alriga y Richard R Richard

Por otro lado, alguno tiene una idea cómo va conectado este sistema de inducción a la red central de alimentación de un centro?, es decir, tengo entendido que la energía la debemos almacenar en un generador (no estoy tan seguro) y luego enviarla a la red.

Para acoplar el generador a la red de distribución la señal de tensión debe estar sincronizada tanto en amplitud como en fase, es decir, los fasores de tensión del generador y la red deben ser iguales y de esta manera la potencia entregada es el producto de la tensión por la corriente que se inyecta a la red.
Olvídense de esto y les recomiendo que hagan una red independiente, a menos que compren un inversor de inyección a la red.

[iaanmartinez]

Re: Ayuda con Proyecto de Energías Renovables

Esto es lo más básico, a partir de aquí podéis explorar múltiples variantes, saludos.

Alriga, te agradezco mucho, me sorpendiste sinceramente me orientaste bastante, se ve que estás bien formado en el tema. Por otro lado, ¿A qué te refieres con un inversor barato y sencillo?, te dejo la ficha de uno que me han dicho que debería funcionar bien. (Marca Probattery).


Y una cosita más, he visto que el precio de estos también está relacionado con la potencia de salida, ¿Qué tanta importancia debo darle a esto?

Saludos, repito, infinitas gracias.

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Para comentar quizá más en profundidad lo que te quiere decir Alriga, es que cada gimnasta tiene un ritmo de pedaleo distinto, pero la corriente y tensión alterna que debes entregar a la red es única, los gimnastas no van a poder estar sincronizados todo el tiempo con la red electrica. Para que puedan dar su granito de arena energético, debes colectar el esfuerzo individual, para luego transformar una única vez el total colectado y entregarlo a la red, de un modo similar a como lo hacen los paneles fotovoltaicos.

Entiendo Richard jajaja (vale tu aclaración), muchas gracias también me has orientado un poco más, de lo que, conceptualmente, debo hacer. GRACIAS!

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¿Quieres armar vos mismo los generadores? Pues armar un generador no es cosa simple, y hasta los propios fabricantes se reservan técnicas de construcción. Con respecto al núcleo debe ser un núcleo laminado de acero al silicio orientado. De lamisma manera la distancia entre el rotor y el estator (entre hierro) debe ser lo más pequeña posible, permitiendo el movimiento rotatorio claro está. Y luego está la relación cantidad de polos, si es un generador síncronico.
La única solución es que no se pongan a realizar el generador, compren uno y listo.

Luego está el aspecto que te mencionan Alriga y Richard R Richard


Para acoplar el generador a la red de distribución la señal de tensión debe estar sincronizada tanto en amplitud como en fase, es decir, los fasores de tensión del generador y la red deben ser iguales y de esta manera la potencia entregada es el producto de la tensión por la corriente que se inyecta a la red.
Olvídense de esto y les recomiendo que hagan una red independiente, a menos que compren un inversor de inyección a la red.

Te entiendo Julián, la idea en realidad de los imanes fue de un compañero del grupo, pero totalmente de acuerdo contigo, ¿Para qué complicarnos no?, le buscaremos la vuelta de sacarle provecho con el sistema mecánico (disminuyendo frcción, etc). Te agradezco mucho, en serio.

[Alriga]

Re: Proyecto de Energías Renovables

... ¿A qué te refieres con un inversor barato y sencillo?, te dejo la ficha de uno que me han dicho que debería funcionar bien (Marca Probattery) ...

Con inversor “barato y sencillo” me refiero justamente a uno como el que tú mencionas: Inversor de potencia Estos inversores (que yo llamo “de camping”), a partir de la continua de la batería generan alterna, pero la forma de onda que generan no es senoidal, sino de esta forma:



Con el fin de disimular lo máximo posible que no es una alterna "limpia", para esta forma de onda los departamentos de Marketing de los fabricantes de inversores inventaron el tramposo nombre de “senoidal modificada”, pero como puedes ver de senoidal tiene poco y ninguna compañía eléctrica seria, permitirá que ensucies la red senoidal que ellos generan inyectando en ella esa “sucia” forma de onda

Si usases inversores de “senoidal modificada” deberías tener un interruptor general que desconectase el Gimnasio de la red eléctrica externa y a continuación con otro interruptor conectases tu inversor de “senoidal modificada” para alimentar internamente todo el gimnasio. De esta forma tu sucia "senoidal modificada" no podrá contaminar la red de la compañía. Y cuando se agotase la energía almacenada en las baterías, realizar la operación inversa para desconectar tu inversor y volver a conectarte a la red externa.

Por otro lado, aunque la forma de onda “senoidal modificada” puede alimentar sin problemas importantes:

-Bombillas de incandescencia

-Televisores, monitores, ordenadores, y otros equipos que llevan una fuente de alimentación interna que convierten la alterna en continua.

Sin embargo no es la más adecuada para alimentar equipos con motores, (neveras, compresores para el aire acondicionado, bombas de impulsión de agua, lavadoras, …) puesto que, dado que esta forma de onda contiene indeseables componentes armónicas de alta frecuencia, produce picos de corriente y sobrecalentamientos innecesarios en equipos con motores.

Este dibujo corresponde al espectro (desarrollo en serie de Fourier), de una onda "senoidal modificada" La onda fundamental es la componente en azul y los armónicos indeseables están dibujados en verde.



En cambio el espectro de una onda senoidal pura, solo tendría una componente fundamental (azul) y ningún armónico (nada verde)

Por otro lado, hay países (como España) en los que desconectarse un rato de la red y generarte tu propia energía eléctrica para autoconsumo está prohibido: solo te permiten generarte energía para autoabastecerte si estás aislado siempre de la red, es decir si no tienes conexión física a ella. En España, si quieres estar conectado a la red y además generar, la compañía te vende electricidad (y te la cobra) a través de un contador y la que tú puedas generar debes inyectarla a la red a través de otro contador (y te la pagan)

Pero en este caso, para inyectar en la red, tu inversor debe ser capaz de generar onda quasi senoidal, (de muy bajo contenido armónico), no se admite “senoidal modificada”, lo que hace que el inversor deba ser implementado con técnicas electrónicas de modulación de ancho de pulsos de nivel tecnológico más alto, y sea más complicado y más caro, (además, al menos en España, el inversor para inyección a la red debe ser un modelo previamente autorizado/homologado por la compañía eléctrica)

... he visto que el precio de estos también está relacionado con la potencia de salida, ¿Qué tanta importancia debo darle a esto? ...

En cuanto a la potencia del inversor, debe estar relacionada con la potencia que generen los deportistas en el gimnasio y con la capacidad de almacenamiento de las baterías.

Un aficionado pedaleando una bicicleta estática durante 1 hora desarrolla una potencia media que se puede estimar en unos 250 W, (un ciclista compitiendo en una carrera profesional es capaz de desarrollar durante una hora alrededor de 400 W de media)

Hay que hacer cuentas, cuantas bicicletas tendrás simultáneamente generando, con qué potencia media y de pico, cuantas baterías y de qué capacidad necesitas, … todo eso forma parte de tu proyecto ingenieril y debes calcularlo con valores realistas con la ayuda de tus compañeros,…

Piensa que generar 220 V 50 Hz no es broma, es algo bastante serio, por lo que deberéis estudiar y respetar la reglamentación técnica y de seguridad que dicten las autoridades de vuestro país, (yo te he hablado un poco de algunas de las normas españolas, pero en tu país podrían ser muy diferentes)

Saludos.

[Julián]

Re: Proyecto de Energías Renovables

Sin embargo no es la más adecuada para alimentar equipos con motores, (neveras, compresores para el aire acondicionado, lavadoras, …) puesto que, dado que esta forma de onda contiene indeseables componentes armónicas de alta frecuencia, produce picos de corriente y sobrecalentamientos innecesarios en equipos con motores.

Perdón Alriga pero la senoidal modificada es muy buena para motores, es decir, los motores ni la sienten. Esto es debido a que los motores "funcionan" con corriente, ya que es la corriente la que genera la fuerza magnética o la inducción magnética y la corriente es en un bobinado:

$i(t) = \frac{1}{L} {\int} v(t) dt$ si v(t) tiene forma de senoidal moficada la corriente resulta una señal triangular con un periodo análogo a 1/50Hz. Que si bien no es un senoidal pura los motores trabajan bien ya que son sistemas electromagnéticos. Si queremos ver el efecto en vez de en el diagrama temporal, en el diagrama frecuencial, los armónicos de alta frecuencia son filtrados por el bobinado el cual es de gran inductancia en un motor y la resistencia que cuantifica el trabajo actívo trabaja con una tensión más senoidal ya que los armónicos más altos caen en la inductancia. Generalmente en electronica de potencia los efectos se evidencian mejor trabajando en el diagrama temporal.

Otra cosa diferentes es que el inversor de senoidal modificada generará armónicos que no serán potencia útil, lo que dará un menor factor de potencia.

Lo digo por experiencia ya lo he probado. El problema de la senoidal modificada son las cargas electrónicas que produce un gran desgaste a los capacitores de filtrado. ya que para un capacitor, la corriente que circulará por este es:

$i(t) = C \frac{d v(t)}{dt}$ y si nos fijamos bien la senoidal modificada o una señal cuadrada tiene grandes variaciones de tensión cuando cambia de nivel, lo que produce picos de corriente en los capacitores. Es por esto que los capacitores de las fuentes siempre son los que más sufren. Por cierto si un ventilador, compresor de heladera, todos monofásicos empiezan a funcionar mal si le metes esta señal es por el capacitor de desfase. Otra cosa diferente es si le metes esta señal a un motor trifásico o a uno monofásico de fase partida.

Pero tal cual como tu dices mejor es una señal que resulta de técnicas de modulación o una señal senoidal modifica con más de 1 nivel de tensión. Por ejemplo la siguiente modulación SPWM si la metemos en un motor por más que la tensión sea cuadrada con diferentes anchos de pulsos según la posición de este en una senoidal virtual, la señal de corriente en un motor será con una forma muy senoidal, otra cosa es si lo metemos en una fuente donde se rectifica y se filtra con capacitores, ahí abrá picos de corrientes demandados a la red.



Y según Siemens si se implementa esta modulación o una señal modificada de más de 1 nivel de tensión en granjas solares de gran potencia, los parámetros reactivos distribuidos de la red de transmición son los encargados de filtrar la señal.

Por cierto desde mi punto de vista, en electrónica de potencia, el digrama frecuencial puede llegar a confundir y no ser tan instuitivo por lo que siempre recurro a realizar el análisis en el diagrama temporal (solamente cuando trabajo con potencia) con ecuaciones diferenciales.

[Alriga]

Re: Proyecto de Energías Renovables

OK, muy bien, muchas gracias, ha quedado clara tanto tu erudición como tu habitual habilidad para encontrar algún pequeño detalle en un texto que te dé pie a mostrarla.

En efecto, la senoidal modificada se puede usar para motores, las neveras de los camping funcionan con ellas, y si no tienes otra cosa, usa incluso una cuadrada.

Por otro lado observa que yo no he dicho que no sea adecuada, he dicho “Sin embargo no es la más adecuada para alimentar equipos con motores,…” en el sentido de que la más adecuada es siempre una senoidal pura y eso es irrefutable.

Repito, muchas gracias por tu amable erudición.

Saludos.

[iaanmartinez]

Re: Proyecto de Energías Renovables

Perdón la demora! Mejor tarde que nunca dicen..
Les agradezco muchísimo la orientación.
Por otro lado les comento que mi profesor no fue muy optimista con el proyecto, por lo que debemos pensar en otra cosa, de todas maneras, por más que esto me la haya bajado un poco, me sigue pareciendo una interesante idea que más adelante profundizaré.
Repito .Muchas gracias, y si tienen algo en mente para hacer un proyecto no me vendría mal un empujón. Ya hace 2 semanas vengo buscando pero no hay nada interesante