Número especial de la serie ABC de la tecnología en el que se describen generalidades del molino de viento, tipos de molinos de viento, componentes, funcionamiento, mantenimiento preventivo y reparacionesSpecial number of the ABC series of the technology in which are described generalities of the windmill, types of windmills, components, operation, preventive maintenance and repairsNociones Generales -- Descripción del molino de viento -- Clasificación y usos -- Componentes del molino lento -- Funcionamiento -- Parte Molino en movimiento -- Parte Molino frenado -- Mantenimiento -- Mantenimiento preventivo -- Mantenimiento reparativonaDocumento producto del convenio SENA – Universidad Nacional de Colombia46 página

González G., Mauricio

Molina P., Luis Fernando

Vega M., Miguel

Spanish

Repositorio Institucional SENA

, FUNCIONAMIENTO V MANTENIMIENTO DE MOLINOS DE VIENTO Cartilla para los usuarios Miguel Vega M~ Mauricio González G. Lo~is Fernando Molina P. ºº ! FUNCIONAMIENTO V MANTENIMIENTO DE MOLINOS DE VIENTO ABC de la Tecnología. Número especial • SENA 7A' Servicio Nacional de Aprendizaje UNIVERSIDAD NACIONAL Los autores lng. Miguel Vega Profesor de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Colombia. Arq. Luis Fernando Molina Entorno Ltda. Arq. Mauricio González Entorno Ltda. \ Diseño Diagramación Ilustración y montaje: Entorno Ltda. Derechos Reservados SENA - UNIVERSIDAD NACIONAL Prohibida su reproducc1on wra1 o parcial CONTENIDO Introducción ........................ 7 1 . Nociones Generales. . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.1. Descripción del molino de viento .. 1 O 1 .2. Clasificación y usos ............. 12 1.3. Componentes del molino lento .... 16 2. Funcionamiento ........ , .......... 20 1 a. Parte Molino en movimiento ...... 20 2a. Parte Molino frenado ........... .36 3. Mantenimiento ................... 39 3.1. Mantenimiento preventivo ....... 39 3.2. Mantenimiento reparativo ....... 44 Bibliografía ........................ .46 5 INTRODUCCION La Universidad Nacional de Colombia (UN) en convenio con el Servicio Nacional de Aprendizaje (SENA) -viene realizando una serie de proyectos de investigación tecnoló-gica con el fin de dar solución a problemas específicos de la comunidad. El presente manual forma parte de un con-junto de publicaciones que la universidad Nacional está realizando con miras a la difusión de tecnologías, en este caso se pre-senta uno de los resultados del trabajo de-sarrollado en el área de los molinos de viento. 1. GENERALIDADES .... -~ -- '---- ----'----------~___,____·. ---:--.----5 . 8 El hombre a través de la historia ha utili-zado en su beneficio la energ(a (empuje o movimiento) que se encuentra presente en la naturaleza en formas tan variadas r- como el carbón, el petróleo y sus deriva-\ dos, los rayos solares, las caídas de agua 4 y las corrientess de aire. Para esto se han desarrollado sistemas que captan la ener-gía y la ponen a disposición del hombre como el motor a gasolina, el motor eléc-:\ trico y los molinos de viento. Estos últi-" ~ mas como lo indica su nombre son accio-nados por el viento y se emplean para la extracción de agua o en la generación de energía eléctrica. En Colombia se han utilizado durante 9 muchos años, específicamente en zonas caracterizadas por presentar vientos, como en el departamento de la Guajira, donde se cuentan más de quinientos apa-ratos o en la sabafla de Bogotá donde existen miles de ellos; siendo utilizados en casi su totalidad para la extracción de agua, desde el subsuelo hasta la super-ficie, aprovechándose para abastecer las necesidades del hombre y las comunida-des, regar los cultivos y en la crianza de animales. En el presente manual usted podrá aprender con facilidad, cómo funciona un molino de viento, cómo se controla, cuáles son los sistemas que lo componen y cuál es el mantenimiento apropiado. 1 . 1 Descripción del molino =!U. lWTOSZ. ;:, U tuJiil)lt. Q\JIE 4il IU. IM~~lt.'t>~ P~ :aiU .. V\S.t.lTO $..L. Vlét.l'tO .&::, OlolJ. COa:RlliUJ.TE. ll6 A.lJZ.E QIJI: &J.Itt.ce p¡z,a~~ 1 !IO&Itli. w G1.Ua •t.tCOiill• TRA J. 60 'P~ SO • Definición Los molinos de viento son máquinas que -------aprovechan' la velocidad del viento por / · . medio de una gran rueda llamada "ro-tor" que gira impulsada por las corrien-tes de aire; este movimiento el molino lo aprovecha para producir energía mecánica ó energía eléctrica. · ---·------------··-----1 .2 Clasificación y Usos Por la velocidad de giro del rotor los molinos de viento se pueden clasificar en lentos y rápidos: 1 . MQiinos de Viento lentos. El rotor de este molino está compuesto de 8 a 18 aspas dispuestas en forma de superficie circular con un diámetro que varía de 1 a 5 mts. Estas caracterís-ticas hacen que el rotor cubra una gran superficie para enfrentar y captar la ener-gía del viento. Por esto, aún con vientos de bajas velocidades, este tipo de molino 12 t!l- ~OTOtZ. ~f»TA CO~PUII.¡,'TO POL e~"" \S A.t!»P"'& arranca o entra en funcionamiento. Los molinos de viento lentos se em-plean para la extracción de agua desde pozos subterráneos por medio de bom-bas, porque las velocidades de funciona-miento del molino y la bomba son compatibles. CU-'~t>o e'iS-T.A.. A.C.O:P-4-A.l:lO e o\.1 +-l.. i.o~ '&l. A'e.JZA.NCA. co'f.l "'EtJ..\o~ 't>& 2 A. o T'H /St . 13 ~¡_ ;wrol2. G l~ J. l!:.J-.1-11.~ v ~.Loe 1 t>A.t:>Ji.<::. . E)( T'OACC lO U :DE ~~. 2. Molinos de Viento Rapidos. 'RO'TO~ ~ 'bli T~~5 A..~PA~ El rotor de este molino está compuesto por una a seis aspas que conforman una mínima superficie para enfrentar al viento, giran por un efecto aerodinámico o para decirlo de otra manera, giran por la velocidad del viento que enfrenta la pequeña superficie de sus aspas. 14 Los molinos de viento rápidos se em-plean para la producción de energía eléctrica por medio de un generador, por ser compatibles las velocidades de éste con las del molino. Por necesitar de vientos rápidos, la ubicación de estos molinos requiere de un estudio de las condiciones del terreno. A'2~A.úC.I\i..l c.o.J. '11'\:E~TO& ~l~lMO t>JL 2 · Q m /s. $. .l. '2.0 TOla. té i M ,., A.L..'T~S VE.l-OCl'DAbe.El f>~O'Docc to1-l t>~ 1!-I .. U:.R.Gl A. E.Ui CilZ.I CA · 15 1 1 L_----1 .3 Componentes del molino lento. 4 i.AE IZ.EOt-10\02. ~---- 4.&o""'~ 16 1. Aereomotor. G.Ot--' VE¡z,il'PO~ Está ubicado en la parte superior del mo-lino de viento, es el encargado de recoger la energía de las corrientes de aire y con-vertirla en un movimiento vertical que se aprovecha para la extracción de agua. 17 2. Torre La torre es una estructura construida con ángulos de acero unidos entre s( por medio de tuercas y tornillos, refor-zados con tensores. En la parte superior se encuentran la plataforma y el tubo o base de la carca-sa que soporta y permite el giro del aeromotor para enfrentar los vientos más fuertes. En la parte inferior de la torre se en-cuentran las bases de concreto que la soportan. 3. Vastago. Transmite el movimiento desde el aero-motor hasta la bomba. 4. Bomba Extrae el agua desde un pozo subterrá-neo y la impulsa a través de una tubería hasta el depósito de agua. , 'T"'&Etl:lAo 'PC' C::ONl:>t.JGGlOi.( ' l>E AcSUA.. 2. FUNCIONAMIENTO 1a. PARTE El funcionamiento de los molinos de viento depende de varios sistemas, para una mayor comprensión de éstos estu-diaremos inicialmente los sistemas que intervienen cuando el molino se encuen-tra en movimiento. Molino en Movimiento En el movimiento del molino intervienen va-rios sistemas: El sistema captador de energía o rotor que gira al enfrentar el viento. El sistema convertidor, que transforma el movimiento de giro en movimiento vertical. El sistema de orientación (veleta) que orienta al aeromotor para captar el viento. El sistema de transmisión o vástago que trans-mite el movimiento vertical de ascenso y des-censo a la bomba. El sistema de extracción de agua o bomba que alimenta el depósito de agua a través de la tubería de conducción. 20 ~ \~'l E.1oo\A. c:.A 'PT .,l!o.l:Ol2., ~ .:t.\&~ 1 A. .51~111 MA. l>E TltA..u.~\ 6JO.:i o 'tiii>.S 1' A..GioO 21 516T~~l>f: &..CT1U.CGIOJ-l M ~u.& e _.\\..L'IIII..Bc &1~1E~.\, l>R • Olt \~ tJ.~C. 1C ( 'r'El.t:11) " e¡;, I~TE.\.1\~ COt.I"(E~Tit::IClot. A continuac1on estudiaremos los siste-mas que intervienen cuando el molino se encuentra en movimiento. 22 • C::,l~iE~A CO~VE.2..1\ DOt., GOMVU!.IZ.l'& !l.\. MQV\MU!NTO I>l!. e\1ZO 'OC LA. tZ.O.bA. e:fo.l MOVIMl.CNT'O VS'21'1C.Al- • OR.l&MTA. AL AE2'-0-f.\ OTO e. t>e. •c.&:tol.T&: 4-J.. 'ilE~TO • ~-+---- 5 l 5, E."""" A. :t>E. 23 TP-A.t-..\St-4 \S\ON ( VA.ST.Z..wO) Sistema Captador de energía A'R.O t N 1 l&.R.l012. ---R----.;;P4 / ' ' Todas las partes que vemos en el gráfico conforman un conjunto denominado sistema captador de energía. U~\OW t>& G-06 ~~iC.06 c::o .... ·~ .... ~ &Y."'M!.IZ.\02. 24 E.1'E t>E.L Tl.O"UJIZ. \'PE'\' A-L. S.. é. 2 IJt'\\OK '01! LOó ~05 cotJ. El.. bolLO 1 ~-r.&:I2.10il. Este sistema recibe la acción del viento a través de las aspas, que van montadas sobre el esqueleto formado por anillos y brazos los cuales se atornillan al cubo que gira con el eje. Con este sistema se obtiene el movi-miento (mecánico) de giro del eje del rotor. La parte estructural del rotor y su forma de unión se ve en los tres detalles. 25 t:>'lt't Al..\..li o u .. uoÑ o• Los. e.~Lt-.z.O~ -.o~ &1- cu~ Sistema Convertidor MOVU·H€14TO 'bE EI..&TRIJ:>A El movimiento de Giro del eje del rotor se convierte en movimiento vertical recti-1 íneo a través del convertidor. Este movimiento se transmite a la bomba me-dian te el vástago. Su funcionamiento se indica en los si-guientes gráficos. 26 MOVl M\ i:NTO bE ~A.S...IDA. =li.~QUE~~ DE. ~U1J.C.\Ot-.IA.M\&MTO ~vtM\&e.t'TO oat i!MTR.A:PA ~ ÍGUI ... -.... -----2» l El-A-CS. ~-4>\ÑOI-.!E~ ~~~""-~=!! ~iP uc.:r o 2E5 t>'E '/ E LOe.\ t>Al> ~-- l 1 1 _l------r~~~~~~ \ ,/ --=-cEJE ' 1 1 C A~e.E2.A. 1 l 1 27~ t-o\0'11 ..... \!il-lTO DI. $.,l..U:>.&Io Pti:lo~&':» '€EDOC tO 1Z.e.S> bJ! V.ELC<:JJ)A,'I) --.-~OVlMl!~TO DE ltJ,JTa.Al:>A N\OVl M l&H 1'C ~ll SA.LIJ:IA. --,.------------1 1 1 1 1 1 --~~ -----Los piñones sobre el eje transmiten el movimiento de éste a los piñones reduc-tores de velocidad, sobre los cuales van montados los extremos inferiores de las bielas 28 1 1 1 ---1 1 1 1 1 ---r 1 ~ 1 1 1 1 ------y ------1 e A. 2. R.&.&."- f lli __ L ___ _ ------- -- :1-_ ------Los extremos superiores de las bielas están unidos a través de un pasador con la polea que se desplaza en sentido verti-cal sobre la gu (a. La longitud que recorre la polea sobre la gu (a se denomina carrera. El vástago por estar unido a la polea sube y baja con ella. 29 1 \ S~CC\Ot-l, ~'PiialOSZ.. N&.. YA..'TA6C Sistema de transmisión o vastago. 30 La energía del viento captada por el rotor y transformada por el convertidor es transmitida a la bomba por medio del vástago. El vástago es un tubo metálico, (varilla de acero). En su extremo superior está unido a la polea del Convertidor y en· su extremo inferior está conectado al émbolo de la bomba. El vástago está compuesto por tres elementos. • La sección superior es un elemento metálico que une la polea con el fusible. • El fusible es un elemento de seguridad que en el caso de una obstrucción en la bomba se rompe impidiendo el da-ño o deterioro de cualquiera de las partes del molino. Gen~ralmente es un tramo de madera. • La secc1on inferior del vástago pasa a través de la tapa de una caja de con-creto instalada a nivel del suelo y de la tuber(a de conducción de agua para unirse con el émbolo de la bomba. ... 1 "' ... ___ :Pol.CJir. 1 1 1 ' , ..... ___ , l>S:L CCIN'/i~'t\~ kl---- ~C.C.\()-.l, 1!:o&JPa1Z..t O lit. • .c.- :,PU~\~1..­~­MAnErtAI 1' U S.E 2.1.6. ~i: Co t-11:«. ColO~ Sistema de extracción de agua - Bomba La bolnba est.á. J~mpuesta elemetitbs;·,· ·,~e·,·.,~ • La tapa s4~e.~ibr'.se enrosca al cuerpo .ae;cl:aAborpba, tiene una que 1 d,ejaJp~sar'~el agua ~n direc~~,9n.; 4-detnás permite el del vástago. ' • El' p1ston ,ftnp.&!sadg P?L.~l .. v~su;~ se .·d~spl¡xza <t~.~tro del"tq~p, ?~a,ttúa tom~'t'un;aJer.tpga S~CC<jO~(\ndJ<) e{á$ua h ac,:i~ndol¡:¡ ,Jng~esa~ a .... la ... bomb~ ... J>cara luegú ~impuls~rl~,a través de la ty~~da de,'oonduoción ·.··hasta el dép.ósi;to .. · • El tuóo c~~rpo de la bomba es acero, dentro de éste se desplaza el pistón. Tiet)e rosca en sus dos extre-mos para elajuste de las tapas~ o La tapa inferior se enrosca al tubo. Al igual que la tapa superior tiene una válvula que .permite el paso del agua en un solo sentido. 33 CUilt110 »8 ~A.. bOM•"-,. ...... Á tl'ltrealo'C VAL.VUJ.A. ~UNIL\012.• 2. 34 En los gráficos se muestra el funciona-miento de la bomba. 1.2.3. Cuando el émbolo sube por primera vez, la válvula inferior se abre permitiendo el paso de agua a la Cámara de Succión. '(4.5) iA.PA . $VPE'I:.\O~ .~ • ....---..... ••.. J / - ~4 4.5. Cuando el émbolo baja: • La válvula inferior se cierra por acción del agua que se encuentra en la cámara de succión. • La válvula del émbolo se abre permi-tiendo el paso del agua a la cámara de descarga. 5 35 6. Al subir nuevamente el émbolo: • Se abre la válvula inferior y llena la cámara de succión. • Se abre la válvula superior permitien-do el paso del agua que se encuentra en la cámara de descarga o la tubería de conducción. • La válvula del émbolo se cierra. ' 1 1 1 1 t • FUNCIONAMIENTO 1 1 1 1 1 ,_ "' l 2a. PARTE 36 Molino frenado. Cuando por alguna razón se hace necesa-rio detener el molino, se logra por medio de los sistemas de orientación y frenado que se accionan mediante una palanca que se encuentra en la parte inferior de la torre. Al halar esta palanca entra en funciona-miento el sistema de freno que detiene el rotor, a la vez que dispone de veleta en posición de bandera, como se aprecia en el gráfico, desorientando as( el rotor con respecto al viento e impidiendo el movim lento del mol in o. l. • \ 1 1 ' • 1 ' 1 1 1 ' • \ ••• \1 1 ' .. • • 1 ' ..... Sistema de freno. 2&~01l-lE t>S J~:,l&lOIZt..\0 PÁL..A."C-6. tr,¡.,a:VA.l)Otu.. __ .,. El movimiento dado a la palanca en la parte inferior de la torre se transmite a través de un alambre (guaya) hasta los mecanismos que conforman el sistema de freno y que se encuentran alrededor del tubo o base de la carcaza. El alambre desplaza la palanca elevadora, que empuja el aro deslizante hacia arriba. El aro deslizante tiene dos brazos, al subir el aro uno de los brazos acciona el 37 ' freno de fricción mientras el otro despla-za la veleta hasta la posición de bandera lográndose con esto la detención del molino. Al dejar libre la palanca de freno el mo-lino entra en movimiento en forma auto-mática gracias a una serie de resortes que ponen la veleta paralela al viento y desac-tivan el freno de fricción. 3. MANTENIMIENTO Para conservar el molino en buen estado es necesario aplicar un correcto manteni-miento a cada una de sus partes. Hay dos clases de mantenimiento: Preventivo: que se aplica al molino con el fin de evitar daños por falta de lubricación .o por oxidación (corrosión). Reparativo: que se lleva a cabo cuando al-guna· de las partes del molino se deteriora o se rompe, lo que puede producir un funcio-namiento ineficiente o la total detención del molino. 'tS .. -¡ 1 ' ' ' 1 ' 1 .... ___ l 1 MAN1E~lM\EWTO 2EPA2A11'10 38 3.1 Mantenimiento preventivo Los metales son sensibles al ataque de las sales que se encuentran presentes en el aire. Esto produce la oxidación o corrosión inicial-mente en la superficie. De no retirarse a tiem-po puede penetrar en el cuerpo del material destruyéndolo por completo. La protección de los metales ante la corrosión se logra con la aplicación de pintura anti-corrosiva sobre toda la superficie, lo que pro-duce una capa que aisla al metal del contacto con el a ir e Cuando la corrosión se encuentra presente en alguna de las partes del molino el proceso a seguir es el siguiente: 2. Pulir con lija para metales, de grano grueso, y disolvente (Tinher). 3. Limpiar por completo la superficie con un trapo humedecido en disolvente hasta reti-rar todo tipo de impurezas (residuos de óxido, polvo, aceites y grasas). 4. Aplicar pintura anticorrosiva con brocha hasta cubrir completamente la superficie metálica. Pueden ser necesarias varias manos. e RECOMENDACIONES Revuelva con una espátula limpia el anti-corrosivo antes de aplicarlo para mezclar bien sus componentes. Utilice guantes de caucho para la realiza-ción de estos trabajos. 39 1 Pintura Las partes del molino que se deben pintar periódicamente se aprecian en el gráfico: :f:'~t.EI-lo "'t"~~ 1-0a. W.U!Io\C,l-To• co~ lhcc.&PC.lo~ 'bE L.O!t tf.'!»Ot.Tf. t. 40 41 - \OR.lZE: R-~ .Al-lCOVl-0~ "( l"Et-l:.O~E.S. Lubricación Los molinos de viento son máquinas com-puestas por una serie de partes que al entrar en movimiento sufren rozamiento o fricción de unas con otras. Esto produce un desgaste superficial que deteriora las partes reduciendo a la vez el rendimiento del molino. Al aplicar lubricantes el rozamiento y el des-gaste de las partes se reducen, disminuyendo así el riesgo de daños y el costo de reparacio-nes, además de prolongar la vida del aparato. Tipo de lubricante. - Aceite de caja o valvulina para el conver-tidor. - Grasa fibra para los apoyos del cubo y los mecanismos del freno. 42 tHtSta)..~TE ~E i"'"'-12.TB~ P0e :PA.I..'TA l:)E '-Oi!.1:l.IG~lOÑ t.A A.Cc.tot-1 t:>S u. L.US.~\c,AC.iot-.1 \ohA.~'t\E~E ¡.A MAQOIN.A.~\L Ee-1 ~e:t-1 ES.'TÁI>O. cu Las partes del molino que se deben lubricar periódicamente se aprecian en el gráfico. Ñ IVEL. l>&~lit\TE be C.Ub. O '1 A.\..VOJ-1 '1-lA GOl...CC. 10tz. -p..e..Ti!.A. c¡~A.CO.I..' G t2. "--,A. ~1-1 Ei .L. 10&0 Glü.E ca.U\~ ~.L. C.OL.t..fi¡,JZ.. 43 G 12.b.'!5.A IE.i.l l-AS ~2Tl cUL..I:tol: e o 1-l.E~ :b&.""- ~'2.61-lO • 3.2 Mantenimiento Reparativo Para detectar fallas en el funcionamiento del molino se debe realizar periódicamente una revisión de los sistemas del molino. Con esto se logra conservar todos los mecanismos en perfecto estado. Esta revisión se orienta principalmente a la búsqueda de partes· oxidadas y a la ausencia de lubricantes. Además de lo anterior se debe verificar que el molino realice sus trabajos correctamente, o para decirlo de otra manera que la extracción de agua se lleve a cabo. Las partes más sensibles a los efectos de la corrosión son: - aros del rotor. - varillas y resortes del freno. Cuando la corrosión ha penetrado en el cuer-po de estos elementos se deben reemplazar Si la corrosión es superficial siga las instruc-ciones indicadas en la página número 41. En la página siguiente .se presenta un cuadro que tiene como fin facilitar la identificación o diagnóstico de las partes o sistemas que ocasionan las fallas típicas en el funciona-miento de molinos. La reparación de estas fallas requieren generalmente de personal y equipos especializados. 44 cuadro para el diagnóstico de fallas del molino. MOLINO EN MOVIMIENTO Problema Causa Revisión Reparación Fusible roto Revisar bomba Bomba fusible No hay movimiento Convertidor Partes del Convertidor en el vástago dañado convertidor Embolo Cambio émbolo Falla en la Sellos Cambio sellos No sale agua bomba Cilindro Rectificación Cilindro Pozo seco Clima Esperar invierno -·-Escape de aceite Retenedor Retenedor Cambio dañado La veleta no retorna a su Resorte en Resortes Cambio posición de trabajo mal estado Las bandas del Resortes en Resortes y freno no retornan mal estado mecanismo Cambio .• MOLINO FRENADO Problema Causa Revisión Reparación Varilla del Rota Cambio freno Suelta Ajuste El rotor no se Bandas detiene desajustadas Bandas Ajuste Bandas desgastadas Bandas Cambio La veleta no Brazo para adquiere la posición desplazar Rota Cambio de bandera veleta Suelta Ajuste 45 Bibliografía Catálogo Aeromotor Company "Water where you want iti" Tesis de grado Univeridad Nacional 1 ng. Javier Vargas 46 

Funcionamiento y mantenimiento de molinos de viento

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