DISEÑO DEL PROCESO DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE ORIGEN EÓLICA Y SU ALMACENAMIENTO EN FORMA DE HIDRÓGENO

Transcripción

1 XVI CONGRESO INTERNACIONAL DE INGENIERÍA GRÁFICA DISEÑO DEL PROCESO DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE ORIGEN EÓLICA Y SU ALMACENAMIENTO EN FORMA DE HIDRÓGENO Primer Autor: SAN MARTÍN DÍAZ, José Javier (2) Coautores: APERRIBAY MAIZTEGUI, Victor (1) ; MUÑOZ PÉREZ, Iván (2) ; ALONSO GIRÓN, Jesús Mª (1) ; JIMÉNEZ GUISASOLA, Tomás (1) ; PÉREZ MANSO, Ángel (1) ; OLEAGORDIA AGUIRRE, Iñigo (2) (1) Universidad del País Vasco (UPV/EHU) Escuela de Ingeniería Técnica Industrial de Eibar. Departamento de Expresión Gráfica y Proyectos de Ingeniería eppmaami@sb.ehu.es (2) Universidad del País Vasco (UPV/EHU) Escuela de Ingeniería Técnica Industrial de Eibar. Departamento de Ingeniería Eléctrica iepsmdij@sb.ehu.es RESUMEN El objeto de esta comunicación es presentar la realización del diseño del proceso completo para la generación de electricidad, a partir de la energía eólica, y su almacenamiento en forma de Hidrógeno. En el momento presente, la tecnología basada en el Hidrógeno se está constituyendo en una alternativa seria a la utilización de los combustibles fósiles, perfilándose como una nueva fuente de combustible basada en energías renovables. La energía eléctrica producida en aerogeneradores es, principalmente, inyectada en las redes eléctricas, para su transporte, distribución y consumo. El aspecto novedoso que pretendemos exponer en nuestra comunicación es el almacenamiento de la energía eólica en forma de Hidrógeno, que puede servir para alimentar a pilas de combustible instaladas en automóviles. La electricidad producida alimentará los motores que accionarán el automóvil, sin producirse ningún tipo de contaminante, ya que el elemento residual es el agua. Palabras clave : Diseño, animaciones, generador eólico, pilas de combustible, Hidrógeno, energías renovables, medioambiente.

2 ABSTRACT The object of this communication is to present the achievement of the design of the finished process for the generation of electricity, from the wind energy, and his storage in the shape of Hydrogen. In the present moment, the technology based on the Hydrogen is constituted in a serious alternative to the use of the fossil fuels, being outlined as a new source of fuel based on renewable energies. The electrical energy produced in wind powers is, principally, injected into the electrical networks, for his transport, distribution and consumption. The novel aspect that we try to exhibit in our communication is the storage of the wind energy in the shape of Hydrogen, which can serve to feed to batteries of fuel installed in automobiles. The produced electricity will feed the engines that will drive the automobile, without any type of pollutant taking place, since the residual element is the water. Key words: Design, animations, wind generator, fuel cells, Hydrogen, renewable energies, environment. 1. Introducción En este trabajo se va a presentar la realización del diseño necesario para llevar a cabo el proceso de conversión de energía eólica en energía eléctrica, desde las palas del aerogenerador, pasando por la caja multiplicadora, generador y transformador, para su inyección en la red eléctrica o, mediante electrolisis, almacenarla en forma de Hidrógeno, que, a su vez, servirá para alimentar las pilas de combustible. Para conseguir el diseño de todo el conjunto de elementos precisos, se requiere la utilización de un sistema de C.A.D. Éste nos permite una visualización del modelo desde cualquier punto de vista. Se pueden realizar zooms, con lo cual los detalles se podrán visualizar mejor, incluso utilizar colores transparentes, haciendo translúcidos a materiales que en realidad son opacos, a fin de poder visualizar sus mecanismos internos, pudiendo guardarse como imágenes. Además, teniendo en cuenta que un sistema de C.A.D. es un sistema métrico y, dado que todo el diseño se ha realizado a escala, en cualquier momento podemos obtener la medida de cualquier elemento gráfico, piezas y conjuntos. Así pues, se hace necesario incorporar a los tradicionales métodos de enseñanza, las modernas tecnologías de aprendizaje, que en los últimos años han estado surgiendo y siguen desarrollándose. Por todo ello, estimamos imprescindible la creación de un nuevo método de enseñanza interactiva, aplicada al estudio de las energías renovables. Esta comunicación evidencia la necesidad e importancia de la colaboración entre los departamentos de Expresión Gráfica y Proyectos de Ingeniería y de Ingeniería Eléctrica, abriendo un amplio campo de posibilidades, pudiéndose llegar a obtener resultados didácticos satisfactorios en cualquier área de la Ingeniería.

3 2. Desarrollo del Trabajo A continuación se explicará el proceso seguido para obtener el modelo en 3D generado por un sistema de C.A.D. y su animación posterior Diseño del modelo en 3D El modelo ha sido diseñado mediante el programa Solid Edge. Primeramente se crean todas las piezas que constituyen el aerogenerador, para lo cual se utiliza el entorno Pieza. Posteriormente, se pasa al entorno Conjunto, y se genera el conjunto mediante las relaciones necesarias que precise cada una de las piezas para que queden totalmente ensambladas. Al modelo obtenido se le asignan las correspondientes texturas, colores, transparencias, etc., lográndose finalmente el modelo 3D similar al real. A partir del modelo en 3D, se puede realizar el explosionado del mismo, con lo que se obtiene una visualización de las distintas piezas, con la ventaja de poder apreciar la posición relativa entre las distintas piezas constituyentes del conjunto Animación del modelo. Realidad Virtual Como una aportación más del sistema de C.A.D., el conjunto creado por Solid Edge, se puede guardar como modelo de realidad Virtual (extensión.wrl). Este archivo se puede cargar mediante un navegador de Internet (Netscape, Explorer,...) pero teniendo el plug-in correspondiente para poder visualizar mundos virtuales. La ventaja reside en la interactividad que nos permiten los mundos virtuales pudiéndose visualizar el conjunto desde cualquier punto del espacio y sin necesidad de tener el sistema de C.A.D. para ello. Para obtener las animaciones del aeorogenerador, electrolizador, pila de combustible y el proceso de generación y almacenamiento de Hidrógeno, se ha utilizado un software específico, como es el I.P.A. (Interactive PreAssembly). Este software permite cargar el modelo en 3D generado por el sistema de C.A.D. y realizar la animación de cualquier pieza de los conjuntos, siendo una inmejorable aportación para visualizar el movimiento real sistema completo. 3. Contenidos En las siguientes figuras se detallan los distintos componentes que constituyen el sistema de conversión de energía eólica en energía eléctrica, desde las palas del aerogenerador y la góndola, pasando por la caja multiplicadora, generador y transformador, proceso de electrolisis, para obtener Hidrógeno, almacenaje del mismo y su utilización para alimentar las pilas de combustible.

4 Figura 1: Vista general de las palas y la góndola. Figura 2: Detalle del anemómetro y la veleta. Figura 3: Detalle de la grúa.

5 Figura 4: Vista de la multiplicadora y eje principal. Figura 5: Detalle de la escalera interior. Figura 6: Sistema de frenado de las palas.

6 Figura 7: Proceso de electrolisis. Disociación del agua. Figura 8: Proceso de electrolisis. Separación de H 2 y O 2. Figura 9: Proceso de electrolisis. Obtención de Hidrógeno.

7 Figura 10: Proceso general de obtención y almacenaje de Hidrógeno. Figura 11: Transformador / Rectificador. Figura 12: Depósito de agua. Figura 13: Electrolizador. Figura 14: Ubicación respecto a la base.

8 Figura 15: Pila de combustible. Figura 16: Generación de corriente. Figura 17: Iluminación de la lámpara. Figura 18: Combinación H 2 y O 2. Figura 19: Producto residual de la pila de combustible.

9 4. Aplicaciones Figura 20. Figura 21 Las figuras 20 y 21 muestran algunos usos del Hidrógeno, como son un vehículo y un sistema de alimentación ininterrumpida. 5. Conclusiones Dentro de las carreras técnicas, para superar la dificultad inicial que presentan ciertos mecanismos y poder explicar adecuadamente, se puede realizar una exposición inicial, gráfica, mediante el modelo animado, así, el alumno tiene una primera idea de lo que se está hablando. Posteriormente, se puede realizar la explicación técnica, ayudándonos de los sistemas de C.A.D. y multimedia, trabajando sobre un modelo diseñado, teniendo en cuenta todas características técnicas del mismo. Los modelos tridimensionales generados mediante sistemas de C.A.D. aportan, sin ningún género de dudas, una gran ayuda para comprender mejor algunos mecanismos, facilitando con ello la comprensión a nuestros alumnos. Pero también es importante poder visualizar el funcionamiento del modelo real en la industria. Las nuevas tecnologías permiten hoy en día estas opciones y como respuesta la Universidad, entidad para formar a futuros ingenieros, debe seguir y fomentar estas posibilidades, ayudando tanto a las empresas como a los alumnos, realizando el papel que la sociedad espera de la Universidad. Referencias Principios de la conversión de la energía eólica. Ed. CIEMAT. Madrid,