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Orientación Universidad
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Proyecto de ingeniería electrónica, Tesis de Electrónica

Documento elaborado de proyecto de ingeniería electrónica

Tipo: Tesis

2019/2020

Subido el 29/08/2023

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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE GRADUACIÓN
TRABAJO DE TITULACIÓN
PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO INDUSTRIAL
ÁREA
PROYECTOS NUEVOS
TEMA
“FABRICACIÓN DE UN PROTOTIPO DE
GENERADOR ELÉCTRICO DE IMANES
PERMANENTES”
AUTOR
AGUILAR RIZZO CARLOS ARTURO
DIRECTORA DEL TRABAJO
ING. IND. LIZARZABURU MORA ANNABELLE SALLY, MSc.
2015
GUAYAQUIL ECUADOR
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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE GRADUACIÓN

TRABAJO DE TITULACIÓN

PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

INGENIERO INDUSTRIAL

ÁREA

PROYECTOS NUEVOS

TEMA

“FABRICACIÓN DE UN PROTOTIPO DE

GENERADOR ELÉCTRICO DE IMANES

PERMANENTES”

AUTOR

AGUILAR RIZZO CARLOS ARTURO

DIRECTORA DEL TRABAJO

ING. IND. LIZARZABURU MORA ANNABELLE SALLY, MSc.

GUAYAQUIL – ECUADOR

ii

DECLARACIÓN DE AUTORÍA

La responsabilidad del contenido de este Trabajo de Titulación me corresponden exclusivamente; y el patrimonio intelectual del mismo a la Facultad de Ingeniería Industrial de la Universidad de Guayaquil.

_________________________________

AGUILAR RIZZO CARLOS ARTURO

C.C. # 0917607491

iv

AGRADECIMIENTO

Mi principal agradecimiento a Dios ya que me ha dado la fortaleza y entendimiento que he necesitado, le agradezco también a mi esposa por el apoyo, comprensión y empuje constante que me ha brindado durante todo este tiempo. Finalmente un agradecimiento especial para mi tutora la Ingeniera Lizarzaburu Mora Anabelle, por ser una verdadera guía y brindarme una voz de aliento a lo largo del presente trabajo de titulación.

INDICE GENERAL

vii

viii

INDICE DE GRÁFICOS

x

INDICE DE TABLAS

xi

  • Prólogo Nº Descripción Pág.
  • INTRODUCCIÓN
  • Tema Nº Descripción Pág.
  • Campo De Acción
  • Antecedentes
  • Justificativo
  • Objetivos
  • Objetivo General y Objetivos Específicos
  • CAPÍTULO I
  • MARCO TEÓRICO
  • 1.1 Fundamento conceptual Nº Descripción Pág.
  • 1.1.1 Clases de generadores de imanes permanentes.
  • 1.1.2 F.e.m. inducida en una espira de un generador.
  • 1.1.3 F.e.m. inducida en una serie de conductores.
  • 1.2 Fundamento histórico
  • 1.3 Fundamento Referencial
  • 1.4 Fundamento Legal
  • 1.4.1 Incentivo para emprendedores
  • 1.4.2 Patentes
    • CAPÍTULO II
    • METODOLOGÍA
  • 2.1 Técnicas de investigación Nº Descripción Pág.
  • 2.2 Identificación del producto........................................................... Nº Descripción Pág.
  • 2.3 Metodología y recopilación de antecedentes
  • 2.3.1 Descripción, fabricación y propiedades de los imanes.
  • 2.4 Determinación de la demanda
  • 2.5 Análisis: antecedentes y determinación de la oferta actual.
  • 2.6 Determinación de la demanda potencial insatisfecha
  • 2.7 Demanda futura
  • 2.8 Proyección estimada de la demanda actual.
    • CAPÍTULO III
    • PROPUESTA
  • 3.1 Estudio Técnico Nº Descripción Pág.
  • 3.1.1 Localización y ubicación..............................................................
  • 3.1.2 Edificio y suministros
  • 3.1.3 Talento Humano
  • 3.1.4 Capacidad de producción............................................................
  • 3.2 Ingeniería y Proceso del Producto
  • 3.3 Características del Generador Eléctrico
  • 3.4 Rotor
  • 3.5 Estator
  • 3.6 Moldes y Plantillas.......................................................................
  • 3.6.1.1 Fabricación de la plantilla 01 para la distribución de los imanes
  • 3.7 Materiales para la construcción del generador
    • generador 3.7.1 Lista de materiales y herramientas para la construcción del
  • 3.7.2 Mercado proveedor de materias primas y materiales..................
    • generador: 3.7.3 Lista de equipos básicos necesarios para la construcción del
  • 3.8 Fabricación del generador eléctrico Nº Descripción Pág.
  • 3.8.1 Proceso de fabricación del rotor
  • 3.8.2 Proceso de fabricación del Estator
  • 3.8.3 Ensamble del Generador
  • 3.9 Conversión de AC a CC, y curva de comportamiento.
  • 3.9.1 Pérdidas eléctricas y magnéticas
  • 3.10 Estudio Económico......................................................................
  • 3.10.1 Inversión Fija
  • 3.10.2 Capital de operación
  • 3.10.3 Inversión Total.
  • 3.10.4 Financiamiento.
  • 3.10.5 Costos de producción..................................................................
  • 3.10.6 Cálculo del costo unitario de producción.
  • 3.10.7 Determinación del precio de venta.
  • 3.11 Cálculo del punto de Equilibrio
  • 3.12 Estado de Pérdidas y Ganancias
  • 3.14 Flujo de Caja o Balance Económico............................................
  • 3.15 Determinación de la Tasa Interna de Retorno
  • 3.16 Determinación del Valor Actual Neto...........................................
  • 3.17 Índice Beneficio / Costo.............................................................
  • 3.18 Cronograma de implementación del proyecto.
  • 3.19 Conclusiones y Recomendaciones
  • 3.19.1 Conclusiones
  • 3.19.2 Recomendaciones.....................................................................
    • GLOSARIO DE TÉRMINOS
    • ANEXOS
    • BIBLIOGRAFÍA
    • 1 Segmento conductor que se mueve en un campo magnético Nº Descripción Pág.
    • 2 Campo magnético aplicado a un segmento conductor
      • imanes móviles 3 F.E.M. Inducida en una espira cuadrada generada por
    • 4 Paso del imán frente al lado AB de la espira
    • 5 Polaridad de la espira en el segmento AB
    • 6 Polaridad de la espira en el segmento DC
    • 7 Inducción en ambos segmentos de la espira
    • 8 Inducción de la espira con polos invertidos
    • 9 Inducción en dos espiras
  • 10 Comparación de los dos tipos de flujo
  • 11 F.E.M. Inducida en una serie de conductores paralelos
  • 12 Unión de la polaridad en una serie de conductores paralelos
  • 13 Estructura del Generador eléctrico de imanes permanentes
  • 14 Sistemas de generación de energías
  • 15 Satisfacción con proveedor actual
  • 16 Disponibilidad para cambiarse de Sistema de Energía
  • 17 Dispositivo para construir las bobinas
  • 18 Trazos y tangentes de circunferencias
  • 19 Trazos de diagonales de circunferencias
  • 20 Marcas para hacer el corte y obtener los discos del rotor
  • 21 Fuerza que producen los imanes según ubicación
  • 22 Ubicación correcta de los imanes
  • 23 Procedimiento para la mezcla de la resina
  • 24 Representación del circuito eléctrico
  • 25 Medidas del eje hueco
  • 26 Conexión a los diodos rectificadores
  • 27 Curva de comportamiento del generador
    • 1 Composición de imanes de neodimio Nº Descripción Pág.
    • 2 Propiedades Magnéticas de los imanes
    • 3 Propiedades Mecánicas y físicas
    • 4 Historial de consumo de energía eléctrica en Guayaquil
    • 5 Proyección de la demanda por incremento porcentual
    • 6 Análisis de la localización del proyecto
    • 7 Capacidad de producción
    • 8 Inversión Fija
    • 9 Terreno y Construcciones
  • 10 Construcciones
  • 11 Equipos para la producción
  • 12 Equipos auxiliares
  • 13 Maquinarias y equipos
  • 14 Activos intangibles
  • 15 Equipos de muebles y oficina
  • 16 Otros activos
  • 17 Capital de operación anual
  • 18 Materiales directos
  • 19 Mano de obra directa
  • 20 Mano de obra indirecta
  • 21 Materiales indirectos
  • 22 Depreciaciones, seguros y mantenimiento
  • 23 Suministros de fabricación
  • 24 Carga Fabril
  • 25 Sueldos al personal administrativo
  • 26 Costos generales
  • 27 Sueldos y gastos administrativos
  • 28 Sueldos al personal de ventas
  • 29 Costos publicitarios Nº Descripción Pág.
  • 30 Costos de ventas
  • 31 Inversión Total
  • 32 Amortización del crédito financiado
  • 33 Intereses anuales
  • 34 Costos de Producción
  • 35 Ingresos por ventas
  • 36 Determinación de costos fijos y variables
  • 37 Datos para el cálculo del punto de equilibrio
  • 38 Estado de pérdidas y ganancias
  • 39 Balance económico de flujo de caja
  • 40 Punto de Equilibrio
  • 41 Cálculo del valor actual neto
  • 42 Cronograma de Implementación

xiii

INDICE DE ANEXOS

Nº Descripción Pág. 1 Proyectos de Generación Eléctrica 109 2 Establecimientos económicos de Guayaquil 110 3 Factura de Imanes de neodimio 111 4 Diagrama de Análisis del Proceso 112 5 Diagrama de operaciones del proceso 113 6 Diagrama de distribución de planta 114 7 Organigrama de la empresa 115

xiv

AUTOR: AGUILAR RIZZO CARLOS

TITULO: FABRICACIÓN DE UN PROTOTIPO DE GENERADOR

ELÉCTRICO DE IMANES PERMANENTES.

DIRECTOR: ING. IND. LIZARZABURU MORA ANNABELLE

RESUMEN

En el presente proyecto se expuso el diseño y fabricación de un generador eléctrico con imanes permanentes, con el objeto de trabajar independiente de la red eléctrica, para abastecer pequeños consumos. El diseño está orientado a que la máquina genere electricidad a partir de bajas revoluciones. Los generadores eléctricos con imanes permanentes logran buenos rendimientos con reducido tamaño. En su desarrollo se aplicó la investigación científica mediante el uso de técnicas propias de Ingeniería Industrial de ciencias como “Investigación de Mercado”, “Estadística”, “Marketing”, entre otras. También técnicas estadísticas tales como recopilación de la información, procesamiento y tabulación de datos obtenidos en encuestas, muestreos y proyecciones. Finalmente se pudo comprobar que la potencia obtenida es un poco baja pero la misma puede aumentar mediante el acople de más rotores y estatores con los que se puede generar una mayor potencia de salida a pesar de la baja potencia inicial, el generador es ideal para instalarlo en turbinas hidráulicas o eólicas.

PALABRAS CLAVES: Fabricación, Generador, Eléctrico, Imanes, Permanentes, Alternativa, Energía, Limpia.

Aguilar Rizzo Carlos Arturo Ing. Ind. Lizarzaburu Mora Annabelle C.C. 0917607491 Director del Trabajo

PRÓLOGO

En este Trabajo de investigación se encontrará información muy detallada de cómo fabricar un generador eléctrico de imanes permanentes, partiendo desde el Marco Teórico referencial, en el que se basó la investigación para obtener los conceptos básicos para su desarrollo, continuando luego con la Metodología utilizada, la cual se basó en investigaciones realizadas en otros países como Perú, Estados Unidos y Chile para tener una referencia de la fabricación de los generadores, en donde ya se han realizado prototipos similares con muy buenos resultados, y en la metodología también se realizó un breve estudio de mercado para determinar la posible aceptación o rechazo del mercado a este producto generador de energía limpia que no contamina el medio ambiente y de un costo considerablemente accesible para el público de en general.

Posteriormente se verá la propuesta que se plantea, basándose en un estudio técnico para tener las bases que permitan un desenvolvimiento adecuado con la ayuda también de un estudio financiero que va a determinar la factibilidad o no del presente trabajo de titulación.

Cabe señalar que el generador eléctrico de imanes permanentes es un equipo susceptible de ser mejorado, y que podría funcionar con transmisiones proporcionadas por energía eólica, como molinos de viento; energía hidráulica, con turbinas hidráulicas; o también con energía mecánica proporcionada por los ejes de las llantas de los autos eléctricos que se van a introducir libres de impuestos en el Ecuador, por lo que sería de gran utilidad en especial para estos últimos ya que ayudaría a mejorar la autonomía en kilometrajes de recorrido de los mismos.

INTRODUCCIÓN

Tema

Fabricación de un prototipo de generador eléctrico de imanes permanentes

El Problema

Planteamiento del Problema

¿Qué medio de generación eléctrica permitirá en el Ecuador reducir la contaminación que producen los generadores de energía que consumen derivados del petróleo que emiten gases de efecto invernadero y a su vez se lo aproveche como fuente de energía renovable?

Título

Generador Eléctrico de Energía Limpia.

Campo De Acción

El presente trabajo de titulación se aplicará en la ciudad de Guayaquil.

Antecedentes

Desde que Nikola Tesla descubrió la corriente alterna y la forma de producirla en los alternadores, se ha llevado a cabo una inmensa actividad tecnológica para llevar la electricidad a todos los lugares habitados del mundo, por lo que, junto a la construcción de grandes y

Introducción 4

energía eléctrica pero la diferencia entre ambos sistemas es que el solar requiere de una fuente externa de energía como el sol y el motor magnético no requiere de ninguna fuente externa de energía.

Hasta el momento el Generador de Imanes Permanentes sería la mejor fuente de energía eléctrica sin perjudicar el medio ambiente ya que a diferencia de la energía que llega por medio del sol o del viento que no son energías constantes y dejan de funcionar en un día nublado o sin viento, el Generador de Imanes Permanentes no deja de funcionar una vez que ha sido iniciado a no ser que se lo detenga. Además sus materiales de construcción son muy baratos y requiere de poco mantenimiento.

Justificativo

En los actuales momentos en el Ecuador como en casi todo el mundo hay una gran necesidad de implementar nuevas fuentes de energía que sean menos costosas y que contribuyan a la conservación del medio ambiente, mediante la creación de generadores o dispositivos que tengan poca o nula emisión de gases contaminantes que lo afecten. Es por ello que se plantea como Trabajo de Titulación fabricación de un prototipo de Generador Eléctrico con Imanes Permanentes, como una alternativa muy viable para satisfacer esta necesidad ya que se trata de un alternador que no necesita de ningún tipo de combustibles para la generación de corriente alterna, es económico y algo novedoso en el Ecuador.

Actualmente, se ha incrementado la demanda energética y al utilizar centrales hidroeléctricas que suplan dicha demanda también se ha incrementado la dependencia de la quema de combustibles fósiles e importaciones energéticas en los últimos años, además que la fabricación de estas centrales conlleva mucho tiempo en su construcción. Sin duda el

Introducción 5

ecosistema es el más afectado con el sistema de generación actual en nuestro país y el mundo.

Se ha considerado indispensable enfocar gran parte de esta investigación a la generación de energía eléctrica libre de contaminación.

La implementación del presente proyecto también se justifica debido a la ausencia de producción nacional en este ámbito, ya que en la actualidad toda la producción de energía eléctrica es realizada con Generadores fabricados fuera del Ecuador lo que produce una salida de divisas por este rubro al no contar con una producción nacional. Ser pionero en el Ecuador en la fabricación de Generadores Eléctricos con Imanes Permanentes.

Objetivos

Objetivo General

Fabricar un prototipo de generador eléctrico con imanes permanentes.

Objetivos específicos

 Determinar los diferentes componentes del sistema generador de energía eléctrica con imanes permanentes.  Realizar un Estudio Técnico para establecer las bases de la fabricación de un Generador eléctrico de Imanes permanentes.  Elaborar un Estudio Financiero para determinar la factibilidad del proyecto.