Seguidor Solar

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MORELIA “José María Morelos y Pavón Ing. Eléctrónica

Anteproyecto: “Diseño y construcción de un seguidor solar”

Presenta: Enrique Huerta García Asesor: Ing. Julio Jorge Márquez Luna

Morelia, Michoacán, México. Mayo de 2013.

1

Índice de contenido

Introducción ……………………………………………………………………........

5

1.1

Marco teórico ………………………………………………………………..

6

1.2

Estado del arte ……………………………………………………………….

14

1.3

Circuito eléctrico de un seguidor solar ………………………………………

17

1.4

Fotodetección ………………………………………………………………….

19

1.5

Comparador de voltaje ………………………………………………………… 21

1.6

Motores eléctricos ……………………………………………………………... 22

1.7.

Transmisiones mecánicas ……………………………………………………… 23

1.8

Problemática …………………………………………………………………… 24

1.9

Propuesta de solución …………………………………………………………. 24

1.10

Hipótesis ………………………………………………………………………. 24

1.11

Objetivos ……………………………………………………………………… 24

1.12

Alcance del proyecto ………………………………………………………….. 25

Formatted: Highlight

1.13

Impacto tecnológico …………………………………………………………... 25

Formatted: Highlight

1.14

Justificación …………………………………………………………………… 25

1.15

Metodología …………………………………………………………………… 25

1.16

Cronograma ……………………………………………………………………. 26

1.17

Índice de referencias …………………………………………………………… 27

2

Formatted: Highlight

Formatted: Highlight

Formatted: Highlight

Índice de figuras Fig.1. Ley de coseno de Lambert. ……………………………………………………

6

………………………..

7

Fig.3. Radición solar diaria promedio anual en la República Mexicana. …………….

8

Fig.4. Esfera celeste con sus círculos principales. …………………………………....

9

Fig.2. Pérdida de potencia por ángulo de desalineamiento.

Fig.5. Trayectoria del Sol en el Ecuador. …………………………………………... 11 Fig.6. Trayectoria del Sol en el Trópico de Cáncer.

………………………………..

12

Fig.7. Trayectoria del Sol en la ciudad de Morelia. …………………………………. 13 Fig.8. Celda solar de los laboratorios Bell. ………………………………………….. 14 Fig.9. Celda solar básica.

…………………………………………………………... 15

Fig.10. Parte del diagrama del primer controlador para seguidor solar patentado. ….. 16 Fig.11. Etapa de fotodetección de un seguidor solar. ………………………………...

17

Fig.12. Etapa de comparación de un seguidor solar. …………………………………

17

Fig.13. Etapa de selección de un seguidor solar. ……………………………………

18

Fig.14. Etapa mecánica de un seguidor solar. ……………………………………….

18

Fig.15. Fotodiodo. …………………………………………………………………...

19

Fig.16. Fototransistor.

………………………………………………………………

19

Fig.17. Fotorresistencia. ……………………………………………………………..

19

Fig.18. Diagrama de un comparador de voltaje. …………………………………….

21

Fig.19. Simulación de un comparador de voltaje.

………………………………….

21

Fig.20. Distribución de los pines del amplificador operacional LM339. ……………

21

Fig.21. Motor eléctrico. ……………………………………………………………...

22

Fig.22. Partes de un motor eléctrico simple. ………………………………………...

23

Fig. 23. Engranajes.

………………………………………………………………..

23

Fig. 24. Cremallera.

……………………………………………………………….

23

3

Índice de tablas Tabla 1. Insolación en la ciudad de Morelia …………………………………………

8

Índice de ecuaciones Ec.1. Intensidad luminosa …………………………………………………………...

6

Ec.2. Ángulo de declinación ………………………………………………………...

9

Ec.3. Ángulo horario …………………………………………………………………

10

Ec.4. Paso cenital del Sol …………………………………………………………....

12

4

INTRODUCCIÓN Actualmente las energías solares están en auge, debido a la preocupación mundial por el cambio climático. Con el descubrimiento de nuevos materiales antirreflejantes se hace posible una mayor eficiencia de las celdas solares[25], haciéndolas una opción viable para la obtención de energía eléctrica. Los páneles solares pierden eficiencia cuando no están orientados perpendicularmente a los rayos solares.[5] Con el seguidor solar, este problema se resuelve, pues el pánel se orientará a los rayos solares de manera automática. Con este proyecto se pretende el diseño y construcción de un seguidor solar con componentes analógicos, para comprender el funcionamiento de éste y obtener la experiencia de la construcción práctica de un proyecto electrónico.

5

1.1 Marco teórico Un seguidor solar es un dispositivo capaz de orientar un panel solar hacia el sol, o bien concentrar un reflector solar o un lente hacia el sol. [1] El seguidor solar busca aumentar la eficiencia de un panel solar, minimizando el ángulo entre la luz solar que incide y la normal del panel fotovoltaico. [2] Esto se busca para aumentar la potencia eléctrica generada por el panel, lo cual se indica en la ley del coseno de Lambert que dice que “La intensidad luminosa que cae sobre un plano es directamente proporcional al coseno del ángulo formado por la dirección de la fuente luminosa (en este caso la dirección de los rayos solares) y la normal del plano. [3]

…………………… ( 1 ) donde: I = Intensidad luminosa k = Constante A = Ángulo formado por la dirección de la fuente luminosa y la normal del plano.

Fig. 1. Diagrama que ilustra la ley del coseno de Lambert.

6

La luz solar tiene dos componentes, el rayo de luz directo que tiene aproximadamente el 90% de la energía solar, y la luz difusa que tiene el 10% restante. Esto ocurre en días despejados. En días nublados el porcentaje de luz difusa aumenta. La energía solar proveniente del rayo de luz directo decrece proporcionalmente con el ángulo formado por el rayo y la normal del panel. Las pérdidas por reflectancia permanecen constantes en ángulos de 0 a 50°, a partir de los 50° dichas pérdidas empiezan a decrecer. [4][5]

Fig.2. La potencia perdida aumenta proporcionalmente con el ángulo de desalineamiento.

La radiación del Sol es la cantidad de potencia electromagnética entre unidad de área (W/ ) y está relacionada con la constante k, varía en función de la altitud, la latitud, la época del año y la hora del día. [6] En la República Mexicana hay zonas que reciben una mayor radiación diaria promedio que otras, como se muestra en la siguiente figura. A mayor radiación, mayor potencia se puede obtener del panel solar. [7]

7

Fig. 3. Radición solar diaria promedio anual en la República Mexicana.

Otro nombre que se le da a la radiación solar es insolación.

Tabla 1. Insolación en la ciudad de Morelia en kilowatt-hora por día en distintos meses del año.

Variable/Mes Insolación, kWh/m²/día

I

II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

4.50 5.39 6.37 6.74 6.73 6.13 5.87

5.80 5.32 5.19 4.89 4.40

Los seguidores solares pueden clasificarse de acuerdo a diferentes criterios, uno de los principales es de acuerdo a su número de ejes. Los hay: a) De un eje. Estos seguidores solares sólo permiten el movimiento del panel en la dirección este-oeste. En el hemisferio norte se orientan hacia el sur, y en el hemisferio sur hacia el norte. b) De dos ejes. Este tipo de seguidores, además de permitir el movimiento en la dirección este-oeste, también lo permiten en la dirección norte-sur. [1]

8

El Sol tiene dos movimientos aparentes; uno en la dirección este-oeste que es provocado por la rotación de la Tierra, y otro en la dirección norte-sur, que es causado por el movimiento de traslación de la Tierra, debido al ángulo que existe entre la eclíptica y el ecuador celeste, que es actualmente (año 2013) de 23° 26′ 15.143″ y que disminuye a una tasa de 0.47″ por año, debido a un movimiento terrestre llamado nutación. Todos los astros en el cielo tienen una posición en la esfera celeste. La esfera celeste es una esfera ideal con radio infinito, concéntrica con la Tierra, donde el Ecuador celeste coincide con el Ecuador Terrestre, no así con la línea que forman los astros (incluyendo el Sol) en su movimiento aparente, llamada eclíptica. El ángulo que forma un objeto celeste con el Ecuador celeste se llama declinación. [8]

Fig. 4. Esfera celeste con sus círculos principales.

El ángulo de declinación del Sol varía dependiendo de la época del año y de la latitud de un lugar dado.

El ángulo de declinación del Sol puede ser calculado con la siguiente fórmula: [9]

…… ( 2 ) 9

donde: δ = Ángulo de declinación. N es igual al número de días del año considerando N=0 el 1° de enero a las 0:00 hrs.

El otro ángulo que determina de la posición del Sol es el ángulo horario, que es el ángulo formado por dos planos, uno que contiene al eje terrestre y al cenit (punto más alto observado desde un lugar dado, y otro que contiene al eje terrestre y el objeto celeste a observar. La fórmula para obtener el coseno del ángulo horario de un lugar dado es la siguiente: [10]

…………………………. ( 3 )

donde: ωo es el ángulo horario

Φ es la latitud norte del observador (la latitud norte se considera positiva, y la sur negativa). δ es el ángulo de declinación del Sol, obtenido en la fórmula anterior.

El Sol sólo alcanza el cenit a medio día en las regiones intertropicales. En el Ecuador lo hace dos veces el año coincidiendo con los equinoccios de marzo y septiembre, esos días el Sol sale exactamente en el este y se pone exactamente en el oeste; además, en los equinoccios el Sol culmina en el cenit a medio día. Entre el equinoccio de marzo y el de septiembre, el Sol culmina al norte del cenit, por el contrario, entre el equinoccio de septiembre y el de marzo el Sol culmina al sur del cenit. En el solsticio de junio el Sol sale con un ángulo de 23°44’ hacia el norte respecto al este y en el solsticio de diciembre lo hace con un ángulo de 23° 44’ hacia el sur respecto al este. [11] 10

Los trópicos son círculos imaginarios que representan los lugares más alejados del Ecuador donde el Sol alcanza el cenit, en los trópicos lo hace sólo una vez al año, en el solsticio de verano. [12] En los lugares entre el Ecuador y los trópicos el Sol tiene dos pasos cenitales, en los cuales el Sol culmina exactamente sobre la cabeza de uno a mediodía. Uno ocurre entre el equinoccio de primavera y el solsticio de verano, y el otro entre el solsticio de verano y el equinoccio de otoño. En los lugares al norte del Trópico de Cáncer y al sur del Trópico de Capricornio, el Sol nunca culmina en el cenit. Al norte del Trópico de Cáncer el Sol culmina al sur del cenit en el solsticio de verano, en el punto más septentrional en que se ubicará en el año. Al sur del Trópico de Capricornio el Sol culmina al norte del cenit en el solsticio de verano (21 de diciembre), en el punto más meridonial en que se encontrará en el año. [13] En la ciudad de Morelia los pasos cenitales ocurren aproximadamente el 16 de mayo y el 27 de julio de cada año. En esta ciudad, entre el 16 de mayo y el 27 de julio el Sol culmina al norte del cenit, y entre el 27 de julio y el 16 de mayo el Sol culmina al sur del cenit. Por lo tanto la recomendación de ubicar los páneles solares orientados hacia el sur en el hemisferio norte no aplicaría todo el tiempo, y está recomendación sólo sería válida en las regiones que se ubican al norte del Trópico de Cáncer. [14]

Fig. 5. Trayectoria del Sol en el Ecuador.

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Fig. 6. Trayectoria del Sol en el Trópico de Cáncer.

La fórmula para obtener la fecha del paso cenital del Sol es la siguiente: [14]

D=(T/360°) arcsen(L/∝∘)

………………………………( 4 )

T: duración del año solar en días = 365. 24 días. ∝∘:Inclinación del eje de rotación de la Tierra = 23.5°. L: latitud del observador. D: número de días que faltan para el sol cenital a partir del equinoccio de primavera o días que antecede el sol cenital al equinoccio de otoño. Si se calcula las fechas del paso cenital para la ciudad de Morelia se tiene que: D = 1.00065753425 arcsen (19.7044 / 23.5) ≈ 57 Lo que da como resultado las fechas del 16 de mayo y el 27 de julio para el paso cenital en la ciudad de Morelia.

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La gráfica de la trayectoria solar en la ciudad de Morelia es la siguiente: [15]

Fig.7. Trayectoria del Sol en la bóveda celeste de Morelia. La línea azul representa su paso en el solsticio de invierno, la línea verde su paso en el solsticio de verano, y la línea gris su paso en los equinoccios. El centro del círculo representa el cenit, Entre más cerca de éste, mayor será su altura en el cielo.

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1.2. Estado del arte La historia de las tecnologías solares comienza con la investigación del físico francés Antoine-César Becquerel en 1839. Becquerel observó el efecto fotovoltaico cuando experimentaba con un electrodo sólido en una solución de electrolitos. Notó cómo se producía voltaje cuando la luz incidía sobre el electrodo. De acuerdo a Encyclopedia Britannica, la primera celda solar la construyó Charles Fritts en 1883, cuando recubrió selenio (un material semiconductor), con una capa muy delgada de oro. Sin embargo estas primeras celdas tenían una eficiencia inferior al 1%. En 1954, tres investigadores estadounidenses, Gerald Pearson, Calvin Fuller y Daryl Chapin, diseñaron una célula solar de silicio capaz de una eficiencia de conversión energética del seis por ciento de la luz solar directa. Los tres inventores crearon una serie de varias tiras de silicio (cada uno de aproximadamente el tamaño de una hoja de afeitar), los colocaron en la luz del sol, capturaron los electrones libres y los convirtieron en corriente eléctrica. Crearon los primeros paneles solares. Laboratorios Bell en Nueva York anunció la fabricación de prototipos de una nueva batería solar. Bell había financiado la investigación. El primer ensayo de servicio público de la Campana de la batería solar comenzó con un sistema de soporte telefónico (Americus, Georgia) el 4 de octubre de 1955. [16]

Fig.8. Celda solar de los laboratorios Bell.

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Actualmente las celdas fotovoltaicas están hechas de materiales semiconductores como el silicio, que es el que se usa más comúnmente. Básicamente, cuando la luz incide en la celda, una cierta parte de ella es absorbida por el material semiconductor. Esto significa que la energía de la luz absorbida se transfiere al semiconductor. La energía golpea a los electrones libres, lo que les permite circular libremente. Las celdas fotovoltaicas también tienen uno o más campos eléctricos que actúan para obligar a los electrones liberados por la absorción de la luz a fluir en una dirección determinada. Este flujo de electrones es corriente eléctrica, y mediante la colocación de contactos metálicos en la parte superior e inferior de la celda fotovoltaica, se puede sacar esa corriente para uso externo. Esta corriente, junto con el voltaje de la celda (que es resultado de su base de campo o campos eléctrico(s)), define la potencia que la celda solar puede producir. [17] Para evitar pérdidas por reflexión se puede recubrir la celda con un material antirreflejante, como el dióxido de titanio, además de texturizarla. [18][19] Las celdas solares suelen recubrirse con redes de alambres plateados que actúan como electrodos. [19]

Fig. 9. Celda solar básica.

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La primera patente de la circuitería necesaria para controlar un seguidor solar es de 1975 por Brown Manufacturing Company. A finales de la década de los 70’s se crearon los primeros seguidores solares de uno y dos ejes. [20]

Fig.10. Parte del diagrama del primer controlador para seguidor solar patentado.

A finales de la década de los 90’s se patentaron los primeros seguidores solares controlados por microcontroladores. [21][22] Actualmente varias compañías fabrican seguidores solares de uno y dos ejes con fines comerciales, entre ellas se encuentran Mecasolar y Eco Kinetics. [23][24]. Las mejoras se producen actualmente debido al descubrimiento de mejores materiales antireflejantes que permiten aumentar la eficiencia de los páneles solares. [25]

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1.3. Circuito eléctrico de un seguidor solar. Un seguidor solar hecho con componentes analógicos consta de cuatro etapas. La primera etapa es la fotodetección, que transforma la intensidad de la luz que incide en los fotodetectotres, en este caso fototransistores, en un voltaje. Los fotodetectores se orientarán hacia puntos cardinales estratégicos (este y oeste; norte y sur), para poder posteriormente hacerse una comparación de estos voltajes.

Fig.11. Etapa de fotodetección de un circuito de un seguidor solar en el recuadro resaltado.

La segunda etapa es la comparación de los voltajes provenientes de un par de fotodetectores cardinalmente opuestos (uno orientado hacia el este y otro hacia el oeste; o uno hacia el norte y otro hacia el sur). Estos voltajes entrarán a un circuito comparador hecho con un amplificador operacional. Los voltajes de salida del comparador podrá ser únicamente saturación negativa o saturación positiva, y entrará posteriormente a una de dos mallas de transistores BJT en cascada.

Fig.12. Etapa de comparación en un seguidor solar.

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La tercera etapa es la de selección en las mallas de transistores donde se permitirá el paso de corriente por sólo una de ellas, dependiendo de si el voltaje de salida de los comparadores es saturación positiva o negativa. Esto permitirá el paso de corriente a un motor de CD sólo en un sentido o en el otro.

Fig.13. Etapa de selección de un seguidor solar.

La cuarta etapa es la etapa mecánica, en la cual la corriente fluye en un sentido o en el otro por el motor, lo que se traduce en un giro de la flecha en un sentido o en otro. El movimiento se transmitirá por medio de una serie de elementos mecánicos como engranajes al panel solar. [26]

Fig.14. Etapa mecánica de un seguidor solar.

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1.4. Fotodetección

La fotodetección es el sensado de la luz y su posterior conversión a voltaje. Hay varios tipos de fotodetectores: Los fotodiodos son dispositivos semiconductores con una unión p-n o p-i-n, donde la luz es absorbida por una región de agotamiento y genera una fotocorriente. Estos dispositivos pueden ser muy compactos, rápidos, altamente lineales, y exhiben una alta eficiencia cuántica (es decir, generan cerca de un electrón por fotón incidente). Los fotodetectores metal-semiconductor-metal (MSM) contienen dos contactos Schottky, en lugar de una unión p-n. Son potencialmente más rápidos que los fotodiodos, con anchos de banda de hasta cientos de gigahertz. Los fototransistores son similares a los fotodiodos, pero aprovechan la amplificación interna de la fotocorriente. Se utilizan con menos frecuencia que los fotodiodos. Las fotorresistencias también se basan en ciertos semiconductores, por ejemplo, sulfuro de cadmio (CdS). Son más baratos que los fotodiodos, pero son bastante lentos, no son muy sensibles, y exhiben una respuesta no lineal. Los fotomultiplicadores se basan en los tubos de vacío. Combinan una sensibilidad extremadamente alta (incluso para el recuento de fotones) con una alta velocidad. Sin embargo, son caros, voluminosos y necesitan un alto voltaje para funcionar. Los fotodetectores piroeléctricos aprovechan un pulso de voltaje piroeléctrico generado en un cristal no lineal (por ejemplo LiTaO3), cuando se calienta por absorción de un pulso de luz en una capa que absorbe en el cristal. A menudo se utilizan para la medición de energías de pulso del orden de los microjoules del láser Q-switched. Los detectores térmicos miden un aumento de la temperatura causado por la absorción de la luz. Estos detectores pueden ser muy robustos y se utiliza para la medición de las potencias muy altas de los lásers, sin embargo presentan una baja sensibilidad, una linealidad moderada y relativamente pequeño rango dinámico.

Fig.15. Fotodiodo

Fig.16. Fototransistor

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Fig. 17. Fotorresistencia

Dependiendo de su aplicación, los fotodetectores deben de cumplir con ciertas características: Debe ser sensible en alguna región espectral dada (gama de longitudes de onda ópticas). En algunos casos, la capacidad de respuesta debe ser constante o al menos bien definida dentro de una cierta gama de longitud de onda. También puede ser deseable que tenga respuesta nula en alguna otra longitud de onda; un ejemplo son los detectores solares ciegos, que son sensibles sólo a la luz ultravioleta de longitud de onda corta, pero no a la luz del sol. El detector debe ser adecuado para un rango de potencias ópticas. La potencia máxima detectada puede ser limitada, por ejemplo, por cuestiones de daño o por una respuesta no lineal, mientras que la potencia mínima se determina normalmente por el ruido. La magnitud de la gama dinámica (normalmente especificada como la relación de potencia máxima y mínima detectable, por ejemplo, en decibelios) es a menudo más importante. Algunos detectores (por ejemplo, fotodiodos) pueden presentar una alta linealidad en un rango dinámico de más de 70 dB. En algunos casos, no sólo una alta capacidad de respuesta, sino también una alta eficiencia cuántica es importante, ya que ésta afecta también la probabilidad de detección de fotones en detectores de fotón único. El área activa de un detector puede ser importante, por ejemplo cuando se trabaja con vigas fuertemente divergentes de diodos láser. Para fuentes de luz con divergencia muy alta y / o no constante del haz, es casi imposible obtener toda la luz sobre la superficie activa. Una esfera de integración se puede usar entonces (con una calibración adecuada) para la medición de la potencia total. El ancho de banda de detección puede comenzar en 0 Hz o alguna frecuencia finita, y termina a una cierta frecuencia máxima que puede ser limitada por procesos internos (por ejemplo, la velocidad de los portadores eléctricos en un material semiconductor) o por la electrónica que se trate (por ejemplo, la introducción de algunas constantes de tiempo RC ). Algunos detectores resonantes sirven ervicio sólo en un estrecho rango de frecuencias, y pueden ser, por ejemplo adecuado para el bloqueo en la detección. Algunos detectores (por ejemplo, detectores piroeléctricos) sólo son adecuados para la detección de impulsos, no para la luz de onda continua. Para la detección de pulsos, la precisión de tiempo puede ser de interés. Algunos detectores tienen un cierto "tiempo muerto" después de la detección de un pulso, en los que no son sensibles. Por último, el tamaño, la robustez y el coste son esenciales para muchas aplicaciones. [27]

20

1.5. Comparador de voltaje Un comparador de voltaje es un circuito que compara dos voltajes o corrientes y cambia su salida para indicar cuál es mayor. Esto se consigue con un amplificador operacional. [28][29][30]

Fig. 18. Diagrama de un comparador de voltaje. V1 y V2 son los voltajes a comparar y Vout es la salida que indica cuál es mayor.

Fig. 19. Simulación de un comparador de voltaje. La señal en verde es uno de los voltajes, el otro voltaje a comparar es 0V. En este caso el comparador de voltaje se llama detector de cruce por cero. La onda cuadrada es la salida.

Fig.20. Distribución de los pines del amplificador operacional LM339.

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1.6. Motores eleéctricos. Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. [31] La mayoría de los motores pueden operar de dos modos distintos, el modo normal, en el que hay una interacción entre el campo magnético del motor y las corrientes del devanado de éste, o como un generador si se le equipa con frenos regenerativos, en la cual convierten la energía cinética de un automóvil en energía eléctrica para su posterior uso. [31] [32] Un motor eléctrica consta de seis partes: 

Una armadura o rotor. Es la parte que mueve al eje del motor, al interactuar con los campos magnéticos del estator, debido a que cambia su polaridad de acuerdo a los cambios de corriente que recibe.



Un conmutador. Permite que la corriente del motor cambie su sentido, para producir torción.



Escobillas. Conectan la parte eléctrica del circuito con la parte mecánica.



Un eje. Recibe movimiento rotacional, que posteriormente transmitirá a otras partes del circuito mecánico.



Un imán de campo o estator. Consta de bobinados. Es un imán fijo que interactúa con el rotor para crear movimiento rotacional en el eje.



Una fuente de poder DC. Produce corriente que cambia el campo magnético del rotor.

Un motor eléctrico tiene que ver con los imanes y el magnetismo: Un motor utiliza imanes para crear movimiento. Los opuestos se atraen y los iguales se repelen. Dentro de un motor eléctrico, estas fuerzas de atracción y repulsión crean un movimiento rotacional. La armadura (o rotor) es un electroimán, mientras que el estator es un imán permanente, por lo tanto el campo magnético del rotor varía con la variación de corriente (campo eléctrico) en éste. [33]

Fig. 21. Motor eléctrico. Rotor (izquierda) y estator (derecha).

22

Fig, 22. Partes de un motor eléctrico simple.

1.7. Transmisiones mecánicas. Toda máquina consiste de una fuente de potencia, y un sistema de transmisión de ésta, que provee una aplicación controlada de este. [34] Un motor eléctrico producirá movimiento rotacional en su flecha o eje, ésta vendrá a una velocidad dada, sin embargo ésta se puede cambiar por medio de engranajes, también la torción en el sistema puede cambiarse por medio de engranajes. [35] Además de los engranajes, existen muchas otras máquinas simples que forman parte de una transmisión mecánica, como la cremallera, que convierte movimiento rotacional en movimiento lineal. [36]. Las transmisiones mecánicas son importantes porque permiten llevar la energía mecánica producida por el motor a todas las partes de una máquina mecánica que así lo requieran.

Fig. 23. Engranajes

Fig. 24. Cremallera.

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1.8. Problemática Los páneles solares fijos pierden eficiencia cuando no están orientados perpendiculares a los rayos solares, esto significa que no entregan toda la potencia eléctrica que pudieran entregar. La recomendación habitual de orientar los páneles solares hacia el sur en el hemisferio norte no es el de todo acertada todo el tiempo en las regiones al sur del trópico de Cáncer, pues hay un periodo de tiempo en el que el Sol se encuentra al norte del Ecuador celeste.

1.9 Propuesta de solución Construir un seguidor solar de dos ejes con componentes analógicos, que permita orientar un panel solar de modo que quede perpendicular a los rayos solares. El sistema será automatizado y no requerirá del uso de programación o microcontroladores.

1.10 Hipótesis Es posible construir un seguidor de dos ejes que siga al Sol en su trayectoria diaria y anual, utilizando únicamente componentes analógicos sin hacer uso de programación.

1.11 Objetivos Objetivo general Diseñar y construir un seguidor solar de dos ejes que permita seguir al Sol en su trayectoria diaria y anual. Objetivos particulares -

Diseñar el circuito electrónico analógico que permita el funcionamiento del seguidor solar. Diseñar el circuito mecánico que permita el funcionamiento del seguidor solar. Construir el seguidor solar. Observar el funcionamiento del seguidor solar.

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1.12 Alcance del proyecto Se diseñará y construirá sólo un seguidor solar de dos ejes con componentes analógicos, con el único fin de observar el funcionamiento de éste y obtener la experiencia del diseño y construcción de una aplicación práctica de la electrónica.

1.13 Impacto tecnológico Lograr una mayor eficiencia en los páneles solares, comparados con un pánel solar fijo.

1.14 Justificación El interés de este proyecto es conocer y observar el funcionamiento de un seguidor solar de dos ejes, ya que éste es una herramienta que permite lograr una mayor eficiencia en los páneles solares. Además, el diseño y construcción de este seguidor solar, me permitirá obtener experiencia como ingeniero.

1.15 Metodología -

Buscar bibliografía sobre el estado del arte del proyecto. Diseñar el circuito eléctrico que haga funcionar el seguidor solar. Simular el circuito eléctrico. Diseñar el circuito mecánico que haga funcionar el seguidor solar. Simular el circuito mecánico valiéndonos de una analogía con un circuito eléctrico. Construir el seguidor solar. Observar el funcionamiento del seguidor solar.

25

1.16 Cronograma

Actividades /Mes (2013)

SE F

M

Búsqueda bibliográfica Redacción del anteproyecto Presentación del anteproyecto Diseño del seguidor solar Construcción del seguidor solar Presentación del proyecto

26

A

M

J

J

A

S

O

N

D

1.17 Índice de referencias

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

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