Diseño de un aerogenerador micro eólico omnidireccional para suministrar con energía eléctrica al caserío casa grande distrito de Mórrope

Abstract

El presente proyecto de investigación se centra en el análisis y la discusión de la evidente falta de acceso al servicio de energía eléctrica que afecta a la comunidad del caserío conocido como Casa Grande. Este caserío se encuentra al norte del Perú, específicamente dentro del distrito de Mórrope, que forma parte de la provincia de Lambayeque, en el departamento del mismo nombre, Lambayeque. El mencionado caserío está compuesto por un total de tres viviendas, y la falta de acceso al servicio de energía eléctrica ha llevado a que los residentes de esta comunidad no tengan la oportunidad de mejorar su calidad de vida de manera efectiva. Las causas que dan lugar a la falta de acceso a un servicio adecuado de energía eléctrica en esa localidad específica se deben, principalmente, a su considerable distancia respecto a las redes eléctricas convencionales. En efecto, se estima que la línea eléctrica principal más cercana se encuentra a una distancia de aproximadamente 30 kilómetros, lo que dificulta la provisión de este servicio esencial. Además, es importante señalar que este sistema es monofásico y opera a una tensión de 13,2 kV. Otro aspecto relevante a considerar es el grado de dispersión que presentan sus tres viviendas, así como también el bajo nivel de consumo de electricidad que se espera de ellas. Todas estas circunstancias contribuyen a que la distribución de energía eléctrica en esta área no se considere una opción comercial atractiva. Ante esta situación, surge la siguiente interrogante: ¿Resulta viable proporcionar energía eléctrica al pequeño asentamiento conocido como Casa Grande, ubicado en el distrito de Mórrope, a través de un aerogenerador micro eólico que sea omnidireccional? A partir de este análisis, formulamos la siguiente hipótesis: Al diseñar e implementar un aerogenerador micro eólico de tipo omnidireccional, se puede lograr el suministro de energía eléctrica de manera

8 efectiva para el caserío Casa Grande, en el distrito de Mórrope. La metodología que se ha utilizado en el trabajo de investigación que se presenta a continuación corresponde a un enfoque aplicado, ya que su principal objetivo se centra en la generación de electricidad. Asimismo, es importante destacar que el diseño de la investigación se clasifica como no experimental, lo que implica que no se llevan a cabo manipulaciones intencionadas de las variables involucradas en el estudio. Las conclusiones que se obtuvieron y se presentan en el desarrollo del presente trabajo de investigación son las siguientes: En primer lugar, los requerimientos de energía eléctrica para el caserío Casa Grande, que se localiza en el distrito de Mórrope, son los siguientes: se estima que la energía total necesaria por día ascenderá a un total de 588 Wh/día, mientras que la potencia requerida será de 216 W. El potencial de energía eólica que se encuentra disponible en el caserío conocido como Casa Grande, el cual está ubicado en el distrito de Mórrope, se estima en un valor de 4,86 metros por segundo. El aerogenerador micro eólico, que tiene la capacidad de captar viento desde cualquier dirección, estará conformado por dos aspas diseñadas con una forma helicoidal específica. Cada una de estas aspas tendrá un diámetro de un metro y una longitud total que también alcanzará un metro en altura. Además, es importante destacar que la potencia eléctrica que este aerogenerador puede generar, cuando la velocidad del viento alcanza los 4,86 metros por segundo, es de aproximadamente 216.1 vatios. Asimismo, el sistema estará equipado con un eje fabricado en acero de la categoría AISI-SAE 4340, el cual tendrá un diámetro de 25 milímetros. “El sistema de potencia que se prevé implementar estará compuesto por un inversor de 300 vatios, un generador de manivela, también conocido como dínamo, que tiene una capacidad de 20 vatios, además de contar con dos baterías, cada una con una capacidad de 100 amperios-hora y 12 voltios.

9 También se incluirá un controlador de 10 amperios y 12 voltios de la marca MORNINGSTAR. El costo total proyectado para la construcción del aerogenerador micro eólico de diseño omnidireccional es de S/. 12 830.00.

This research project focuses on the analysis and discussion of the evident lack of access to electricity service affecting the community of Casa Grande. This hamlet is located in northern Peru, specifically within the district of Mórrope, part of the province of Lambayeque, in the department of the same name. The aforementioned hamlet is comprised of a total of three homes, and the lack of access to electricity service has prevented the residents of this community from having the opportunity to effectively improve their quality of life. The causes that lead to the lack of access to adequate electricity service in this specific location are mainly due to its considerable distance from conventional electrical grids. In fact, it is estimated that the nearest main power line is approximately 30 kilometers away, making the provision of this essential service difficult. Furthermore, it is important to note that this system is single-phase and operates at a voltage of 13.2 kV. Another relevant aspect to consider is the degree of dispersion of the three dwellings, as well as the low level of electricity consumption expected from them. All of these circumstances contribute to the fact that distributing electricity in this area is not considered an attractive commercial option. Given this situation, the following question arises: Is it feasible to provide electricity to the small settlement known as Casa Grande, located in the district of Mórrope, through an omnidirectional micro-wind turbine? Based on this analysis, we formulate the following hypothesis: By designing and implementing an omnidirectional micro-wind turbine, it is possible to effectively supply electricity to the Casa Grande hamlet in the district of Mórrope. The methodology used in the research presented below corresponds to an applied approach, since its main objective is focused on electricity generation. It is also important to highlight that the

11 research design is classified as non-experimental, which implies that no intentional manipulations of the variables involved in the study are carried out. The conclusions obtained and presented in the development of this research work are the following: First, the electrical energy requirements for the Casa Grande hamlet, located in the Mórrope district, are as follows: it is estimated that the total energy needed per day will amount to a total of 588 Wh/day, while the required power will be 216 W. The wind energy potential available in the hamlet known as Casa Grande, which is located in the Mórrope district, is estimated at 4.86 meters per second. The micro wind turbine, which has the capacity to capture wind from any direction, will be made up of two blades designed with a specific helical shape. Each of these blades will have a diameter of one meter and a total length that will also reach one meter in height. Furthermore, it is important to highlight that the electrical power that this wind turbine can generate, when the wind speed reaches 4.86 meters per second, is approximately 216.1 watts. Likewise, the system will be equipped with a shaft made of AISI-SAE 4340 steel, which will have a diameter of 25 millimeters. "The power

system planned to be implemented will be composed of a 300-watt inverter, a hand- cranked generator, also known as a dynamo, with a capacity of 20 watts, in addition

to having two batteries, each with a capacity of 100 amp-hours and 12 volts. A 10- amp, 12-volt controller from the MORNINGSTAR brand will also be included. The total projected cost for the construction of the omnidirectional micro wind turbine is S/. 12830,00