Informe De La Turbina Eólica 6e185q

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

LINEA DE INVESTIGACIÓN “DISEÑO FLUIDODINAMICO DE UNA TURBINA EOLICA O AEROTURBINA” AUTORES  Mauricio Arámbulo Jezreel  Ybañez Ramos Henry  Rodriguez Flores Anthony  Rosales Lopez Elvis  Peche Chilcho Davis Franklin  Tumbajulca Choroco Fernando Anderson  Cardenas Malca Flavio Cesar  Brandy  De La Cruz Garcia Edwin Elias  Valderrama Mendez Anthony Jorge ASESOR Ing. Luis Julca Verastegui

Trujillo – Perú 2018

RESUMEN

Dado que es difícil imaginar en el futuro una sociedad moderna donde la energía no juegue un papel fundamental y puesto que numerosos estudios han demostrado que el ritmo actual de consumo de combustibles es insostenible y perjudicial para la vida del planeta, es fundamental concienciar a la humanidad de que un cambio de tendencia no solo es necesario sino que es imperativo. No se trata de erradicar por completo el uso de fuentes de carácter fósil, pues en muchos países es su principal o incluso su única forma de obtener energía, sino de avanzar hacia un equilibrio en la generación, para lo que será vital permitir el desarrollo de energías limpias, aumentar la eficiencia de la tecnología y reducir el consumo. En este contexto se ha decidido construir una turbina eólica de pequeñas dimensiones que servirá como herramienta de estudio para alumnos de Ingeniería Mecánica Eléctrica de la Universidad Cesar Vallejo. Para diseñar la turbina se ha desarrollado un modelo de programación informática que, basado en conceptos aerodinámicos, permite calcular la geometría de las palas en función de unas condiciones iniciales, estimar la potencia del rotor obtener sus curvas de funcionamiento. Uno de los principales problemas de la tecnología eólica es su alta variabilidad, por ello se ha implementado un sistema de regulación de velocidad; se trata de un mecanismo que actúa sobre la orientación de las palas y permite regular la potencia de un generador eléctrico acoplado al rotor. Los aerogeneradores actuales recurren a este tipo de sistemas para tratar de suavizar los desequilibrios de potencia que puedan producir las ráfagas de viento. Se ha recurrido a un software de diseño (SOLIDWORKS) asistido por ordenador para dibujar tanto el rotor como el sistema de regulación de velocidad. La mayoría de las piezas del rotor se han fabricado con ayuda de una impresora 3D, otras, las metálicas, se han tallado en aluminio mediante un torno. Aunque el programa informático que realiza los cálculos aerodinámicos devuelve datos teóricos a cerca del comportamiento del rotor, se ha creído necesario probar el molino mediante ensayos de laboratorio a fin de obtener un resultado más realista.

ABSTRACT

Given that it is difficult to imagine in the future a modern society where energy does not play a fundamental role and since numerous studies have shown that the current rate of fuel consumption is unsustainable and harmful to the life of the planet, it is essential to raise awareness of humanity that a change in trend is not only necessary but imperative. It is not about completely eradicating the use of fossil fuels, since in many countries it is the main source or even the only way to obtain energy, but to move towards a balance in generation, for which it will be vital to allow the development of clean energies, increase the efficiency of technology and reduce consumption. In this context, it has been decided to build a small wind turbine that will serve as a study tool for engineering students. To design the turbine, a computer programming model has been developed that, based on aerodynamic concepts, allows the geometry of the blades to be calculated according to initial conditions, to estimate the power of the rotor to obtain its operating curves. One of the main problems of wind technology is its high variability, which is why a speed regulation system has been implemented; It is a mechanism that acts on the orientation of the blades and allows regulating the power of an electric generator coupled to the rotor. Today's wind turbines use this type of systems to try to soften the power imbalances that wind gusts can produce. Computer-aided design software has been used to draw both the rotor and the speed regulation system. Most of the parts of the rotor have been manufactured with the help of a 3D printer, others, the metal ones, have been carved in aluminum by means of a lathe. Although the computer program that performs the aerodynamic calculations returns theoretical data about the behavior of the rotor, it has been deemed necessary to test the mill by means of laboratory tests in order to obtain a more realistic result.

INDICE

DISEÑO FLUIDODINAMICO DE UNA TURBINA EOLICA O AEROTURBINA

I. Generalidades: 1.1

Objetivos: 





1.2

Diseño y construcción de una turbina eólica económica optimizando y convirtiendo esta energía renovable en energía eléctrica apta para el consumo en comunidades del Perú que se encuentran aisladas de una fuente de consumo energético. Construcción del sistema de generación para una turbina eólica económica, adecuada para las necesidades básicas de una familia que se encuentre ubicada en comunidades aisladas de la red eléctrica interconectada. Aprovechar la energía generada para su consumo, incentivar el uso de las energías renovables y disminuir la contaminación del medio ambiente.

Importancia y Justificación: Los resultados obtenidos en esta investigación se esperan que puedan ser utilizados en proyectos futuros en los que se involucre una mejora en el sistema de generación de energía eléctrica en las zonas que carecen de electricidad, tomando en cuenta la perfecta ubicación de estos lugares con respecto a zonas con mucho flujo de viento. Se espera también como prototipo a escala pueda ser utilizado de manera didáctica en la Ucv, como herramienta para los maestros y si es posible alimente alguna sección dentro de la universidad o sirva como respaldo en caso de alguna falla de energía eléctrica en zonas con alta prioridad de energía.

1.3.

Referencias y requisitos del diseño. 1.3.1. Antecedentes. Criterios. Aplicaciones: La primera turbina eólica para generar energía eléctrica fue diseñada y construida a principios del siglo XX por el Danés Poul La Cour. Durante las Guerras Mundiales I y II ingenieros daneses mejoraron la tecnología eólica para superar la escasez de energía durante el conflicto bélico. En 1941-1942 la empresa danesa FL Smidth construía aerogeneradores utilizando perfiles aerodinámicos modernos. La turbina eólica nórdica contenía un mecanismo para modificar la posición de choque del viento contra las aspas. Al mismo tiempo, en América se construyó una turbina eólica gigante con un diámetro de 53 metros, concebida con una filosofía de diseño diferente. En 1967 el alemán Hutter diseñó una turbina eólica que consistía de dos láminas de fibra de vidrio delgadas montadas en un rotor. En su época la turbina de Hutter fue conocida por su alta eficiencia.

Con la primera crisis del petróleo a principios de los años 70's, volvió a surgir el interés por la potencia contenida en el viento. Sin embargo, los esfuerzos de desarrollo tecnológico se enfocaron en la generación de energía eléctrica, en lugar de aprovechar la energía mecánica como en antaño. Con toda la sinergia y el uso de otras tecnologías (electrónica de potencia, control automático, redes eléctricas, etc.) es posible emplear el viento como una fuente confiable y consistente para producir electricidad e interconectarse a la red eléctrica. Actualmente, la tecnología que se emplea para la explotación de la energía eólica evoluciona constantemente explorando nuevas posibilidades de crecimiento y potencia de salida. Por ejemplo, a finales de 1989, con el avance en aquella época, estaba en operación un aerogenerador de 300 kW con un diámetro de rotor de 30 metros. Diez años más tarde, diversos fabricantes ponen en marcha turbinas de 2000 kW con un diámetro de rotor de alrededor de 80 metros. Los primeros aerogeneradores de 3 MW con un diámetro de rotor de 90 metros se instalaron antes del cambio de siglo. A principios del siglo XXI estaban disponibles comercialmente turbinas de 3.6MW. A principios de 2004, se instalaron las primeras turbinas eólicas de 4-5 MW. Las turbinas eólicas se pueden dividir en diferentes grupos según su aerodinámica o por la posición de las aspas para atacar el viento. Existen turbinas con orientación del eje de giro en el eje horizontal y turbinas de eje vertical. Las turbinas de eje vertical, también conocidas como turbinas Darrieus, son de aspas ligeramente curvas y simétricas. Las principales ventajas de las turbinas Darrieus es que pueden funcionar independientemente de la dirección del viento; la caja de engranes y el generador se pueden colocar a nivel del suelo. Además, como las palas del rotor son verticales no necesitan orientación al viento y funcionan aún cuando éste cambia de dirección rápidamente. Pueden ser ubicadas cerca del suelo, haciendo fácil el mantenimiento de las partes y necesitan velocidades bajas del viento para empezar a girar. El aerogenerador de mayor capacidad de eje vertical se instaló en Canadá, con 4.200 kW a finales de la década de 1980, sin embargo, la investigación y el desarrollo de aerogeneradores de eje vertical es insipiente a la fecha.

Actualmente las turbinas de eje horizontal o tipo hélice se emplean prácticamente en todos los aerogeneradores instalados. Una turbina eólica de eje horizontal se compone de una torre y una góndola que se monta en la parte superior de la torre. La góndola contiene el generador, caja de engranes y el rotor. En el laboratorio de Control Automático de la Universidad Politécnica de Tulancingo se realizan estudios para aprovechar la máxima potencia del viento utilizando diferentes esquemas de control automático.

En pequeños SGE's, el rotor y la góndola se orientan hacia el viento con una veleta en la cola. Estas turbinas utilizan diferente número de aspas dependiendo para que se utiliza el SGE. Las turbinas de los sistemas eléctricos de generación de energía eólica (SEGEE) emplean dos o tres palas para la producción electricidad. Turbinas con 20 o más aspas se utilizan para la extracción de agua. 1.3.2. Características de Funcionamiento. Especificaciones. En una turbina eólica en presencia de viento, entran en juego dos fuerzas aerodinámicas sobre las aspas del rotor: una denominada empuje, que es perpendicular a la dirección del flujo del viento y otra denominada arrastre, que es paralela a la dirección del flujo, tal y como muestra la figura siguiente:

Imagen de la Izquierda: Flujo de viento a través de las aspas de un generador, este flujo crea dos fuerzas: de empuje sobre la superficie y de arrastre. La fuerza de empuje es una de las responsables de la rotación de las aspas. Imagen de la Derecha: Detalle de cómo la fuerza de empuje provoca la rotación del eje del generador. Las aspas de las turbinas tienen un diseño muy similar a las alas de un avión y se comportan, en presencia del viento, como lo hacen estas últimas. En las alas de un avión, una de las superficies está muy redondeada, mientras que la otra es relativamente plana. Cuando el aire circula a través del aspa de un molino con este diseño, el aire circulante por la superficie lisa lo hace más despacio que por la redondeada; este diferencia de velocidades genera a su vez una diferencia de presión, más acusada sobre la superficie lisa que sobre la redondeada; el resultado neto es que hay una fuerza actuando sobre la superficie lisa que empuja el ala; este fenómeno se conoce como “Efecto Venturi” (debido al físico italiano del siglo XVIII que lo describió por primera vez) y es en parte responsable del fenómeno conocido como “sustentación”, que a su vez, es uno de los procesos que explican por qué los aviones se mantienen en el aire -la explicación del fenómeno de la sustentación de los aviones es compleja e involucra varios procesos físicos, además del efecto Venturi y queda fuera de los objetivos de este artículo. Recomiendo al lector interesado la lectura de este texto para una explicación más detallada. Estos mecanismos son los que también utilizan las aspas de los molinos eólicos para provocar el movimiento de rotación alrededor de su eje, tal y como muestra el dibujo precedente. El diseño de la sección de las aspas favorece que la rotación se produzca de la manera más eficiente posible. El interior de un generador eólico: En el interior de los generadores tiene lugar el proceso de transformación de la energía de rotación de las aspas en energía eléctrica mediante la ley de Faraday, cuyos fundamentos describí en este artículo. Para ello, debe incorporar un rotor que gire según incide el viento en él, acoplado a un alternador que transforme esa energía mecánica de rotación en energía eléctrica. La figura muestra esquemáticamente el interior de una góndola de un generador eólico, con sus diferentes componentes:

La función que cumple cada elemento es la siguiente: 







 



Rotor: Recoge la energía del viento y la transforma en energía mecánica de rotación. Su diseño es crítico para lograr que haya giro incluso en condiciones de velocidad del viento muy baja. Como se ha visto en el punto anterior, el diseño de la sección de las palas es clave para garantizar el giro del rotor. Sistema de acoplo, soporte de la turbina: Adapta el movimiento de rotación de las aspas al del rotor del generador de energía eléctrica al cual se acopla. Multiplicador o caja de cambio: A las velocidades habituales del viento (entre 20 y 100 km/h), la velocidad de giro del rotor es baja, del orden de 10-40 revoluciones por minuto (r.p.m.); para generar energía eléctrica, el rotor del generador debe hacerlo a unas 1.500 r.p.m., por lo tanto, la góndola debe incorporar un sistema que transforme la velocidad de rotación del valor inicial al final. Esto se logra mediante un mecanismo parecido a la caja de cambios de un motor de automóvil, que mediante un juego de múltiples engranajes, permite que la parte móvil del generador de energía eléctrica gire a la velocidad apropiada para producir electricidad. También incorpora un freno con objeto de parar el giro del rotor en presencia de vientos muy elevados (por encima de 80-90 km/h), que podrían dañar algún elemento del generador. Generador: es un conjunto rotor-estator que genera la energía eléctrica, que se transporta mediante un cableado instalado en el interior de la torre que soporta la góndola, hacia una estación transformadora, que la vuelca en la red eléctrica. La potencia del generador varía entre 5 kW para las turbinas de tamaño medio, hasta 5 MW en las más grandes, aunque ya hay turbinas que alcanzan los 10 MW. Motor de orientación: permite girar al conjunto para situar la góndola de cara a la dirección del viento dominante. Mástil de soporte: es el soporte estructural del generador. Cuanto más potente es la turbina, mayor es la longitud de las aspas y por consiguiente, mayor la altura a la que debe situarse la góndola, lo que introduce complejidad adicional en el diseño de la torre, que debe soportar el peso del conjunto del generador y las aspas; también debe poseer una alta rigidez estructural para aguantar vientos elevados sin fracturas. Veleta y Anemómetro: Dispositivo situado en la parte trasera de la góndola que contiene el generador; determina la orientación y mide la velocidad del viento y actúa sobre el mecanismo de las aspas para frenarlas cuando la velocidad del viento supera un umbral a partir del cual hay riesgos estructurales para la turbina. Suele ser un diseño de tipo turbina Savonious.

1.3.3. Esquemas. Planos de instalaciones reales.

II. Marco Teórico y Metodología 2.1. Ecuaciones de análisis del recurso eólico: Para determinar el recurso eólico en un lugar es necesario realizar las siguientes mediciones: presión atmosférica, temperatura del lugar, altura sobre el nivel del mar y por supuesto velocidad del viento, entre otros. Mediante el procesamiento de dichos datos, se puede obtener la velocidad media que indicará si en ésta área es viable la ubicación de un aerogenerador, además dependiendo de los parámetros arrojados por la distribución de Weibull y la rosa de los vientos es posible determinar qué tipo de aerogenerador es el adecuado. Inicialmente, se realiza un histograma para determinar entre qué velocidades en m/s se encuentra la mayor parte de los datos, para la elaboración de este histograma se debe tener en cuenta el número óptimo de clases, que ésta dado por la regla de Sturges, descrita a continuación:

dónde N, es el número de datos de la muestra.

Distribución de Weibull: La distribución de Weibull es una distribución de densidad de probabilidad, la cual permite conocer las características de la velocidad del viento: en las abscisas se encuentra las velocidades de viento y en las ordenadas el número de veces que dicha velocidad se repite. Esta gráfica es de gran importancia ya que muestra que las velocidades de viento elevadas son eventos poco frecuentes y velocidades de viento regulares son eventos que se repiten con mayor frecuencia, es por esto que la distribución de Weibull presenta una asimetría. Para la construcción de ésta se toma como punto de partida el histograma construido y luego se hallan los parámetros k y c, dónde: - k: factor de forma, que caracteriza la asimetría o sesgo de la función. - c: factor de escala (m/s), valor próximo a la velocidad media. - v: velocidad del viento (m/s) Relacionados entre sí de la siguiente manera:

En la Figura 1, se muestra un conjunto de graficas de Weibull para distintos valores del parámetro k, en donde se puede observar la influencia de este parámetro en la forma de la curva; en el eje x, la velocidad del viento en m/s y en el eje y, la función de probabilidad.

Figura 1. Densidad de probabilidad de la velocidad de viento según la ley de Weibull para distintos valores de k.

Para determinar los parámetros de Weibull se debe tener en cuenta los datos disponibles, generalmente se conocen las velocidades medias diez minútales, semi- horarias, u horarias. El método de los mínimos cuadrados que permite calcular los parámetros de la función Weibull, se realiza de la siguiente manera: Se definen las clases del histograma (vi), la frecuencia relativa (fi) y la frecuencia relativa acumulada (Fi). Posteriormente, se halla yi y xi de la siguiente manera:

Entonces, se hallan los valores de A y B

Dado que se requieren hallar los parámetros k y c, no los valores de A y B, los cuáles están dados por las siguientes expresiones:

Densidad del aire La densidad del aire es un factor importante a la hora de determinar el potencial eólico de un lugar, para un aire frio la densidad de potencia es superior a uno más caliente, de la misma forma, un lugar situado a nivel del mar tiene una densidad de potencia mayor a un lugar de mayor altitud, dado que la densidad del aire disminuye con la altura. Para determinar la densidad del aire pueden utilizarse métodos directos o indirectos. Para la obtención indirecta de la densidad, se miden la masa y el volumen por separado y posteriormente se calcula la densidad. Adicionalmente, puede determinarse de forma indirecta conociendo los parámetros como temperatura, altura sobre el nivel del mar:

En donde 𝜌 es la densidad del aire, h la altura en m.s.n.m. y T la temperatura promedio del lugar, en centígrados. Potencial energético disponible La potencia eólica disponible es la máxima potencia que puede obtenerse si se extrae toda su energía cinética, es proporcional a la densidad del aire, al área expuesta y al cubo de la velocidad del viento.

Generalmente, se expresa en densidad de potencia disponible por unidad de área, de la siguiente manera:

dónde: Pd, es el potencial eólico(w/m2), A área(m2), 𝜌 densidad del aire(kg/m3), 𝑣 el valor promedio de velocidad (m/s) y Fe el factor de potencia eólica o factor de energía, el cual se calcula de la siguiente manera:

Es importante aclarar que el término del numerador se halla elevando primero las velocidades instantáneas al cubo y posteriormente hallando el promedio de este valor, mientras que el denominador es el promedio de las velocidades elevado al cubo. Rosa de los vientos Una de las representaciones más comunes de la dirección del viento es la rosa de los vientos que consiste en un diagrama polar en el cual se definen diferentes direcciones de viento. Existen diferentes formas de construir la rosa de vientos: - Porcentaje del tiempo total que el viento sopla en una determinada dirección - Representación para cada dirección en la que el tiempo se mantiene en determinado intervalo.

- Velocidad media de viento para cada dirección. La rosa de los vientos permite determinar las direcciones dominantes de los vientos, generalmente ésta dirección no coincide con la mayor intensidad del viento, este es un aspecto importante a tener en cuenta para la correcta colocación de los aerogeneradores. 2.2. Algoritmo de diseño del rodete de la turbina eólica: ALGORITMO DE DISEÑO PARA UNA AEROTURBINA: 1. Selección de la celeridad de la turbina y número de álabes: Para seleccionar la Celeridad, elegiremos un valor adecuado que este dentro del rango disponible para aerobomba y según la velocidad del viento:

Para la selección del número de álabes, se elegirá dentro del rango que nos muestra la siguiente tabla:

2. Cálculo del 𝑪𝑫, 𝑪𝑳 ,𝜶: Para seleccionar el Ángulo de ataque (α), Coeficiente de Sustentación (CL) y Coeficiente de Arrastre (CD), lo escogeremos de la siguiente gráfica que nos muestra un perfil NACA – 4421:

3. Cálculo del coeficiente de potencia máxima 𝑪p : De la fórmula tenemos:

4. Verificación de la celeridad (𝛌𝐝) y el 𝐂p : Para esto nos guiamos de la siguiente tabla:

5. Recálculo de las operaciones: Verificando de nuevo la tabla y con los arreglos en el número de palas y celeridad tenemos:

Ahora los datos coinciden con las variables 𝜆𝑑 , B, y el CD/CL; pero como la velocidad del viento es alta y la celeridad tenía que ser alta, se optó por bajar la celeridad para que coincida con el . Y también porque el cuadro donde relaciona la 𝜆𝑑 y el B nos permite tener 4 álabes. 6. Calculo de la velocidad del viento (V): La velocidad del viento varía con la altura, siguiendo aproximadamente una ecuación de tipo estadístico, conocida como ley exponencial de Hellmann, de la forma:

Donde:  vh es la velocidad del viento a la altura h,  v10 es la velocidad del viento a 10 metros de altura  α es el exponente de Hellmann que varía con la rugosidad del terreno. Valores del exponente de Hellmann en función de la rugosidad del terreno:

Variación de la Velocidad del Viento (capa límite) en función de la altura sobre el terreno:

7. Cálculo del radio de la turbina (R):

Donde: ηT = Rendimiento de la turbina = 0.49… 0.56 T= 25ºc ρ = 1.2245 Kg/m3 PT = Potencia de la turbina [watts] .= 0.50 Kj/kgºk 8. Cálculo del radio con cuatro turbinas (R4):

Donde: ηT = Rendimiento de la turbina = 0.49… 0.56 T= 25ºc ρ = 1.2245 Kg/m3 PT = Potencia de 4 turbinas [watts] .= 0.50 Kj/kgºk 9. Cálculo de las cuerdas y ángulos del álabe: Para esto se dividirá el álabe en 20 secciones y se utilizará las siguientes fórmulas:

Donde: C = Cuerda de la sección del álabe [cm.] r = Distancia del centro del rotor a la sección evaluada [cm.] R = Radio de la turbina = 3200 cm. B = Número de álabes = 4 𝐶𝐿 = Coeficiente de sustentación del álabe = 1.1

𝜙 = Ángulo formado por la velocidad relativa con el plano de giro del rotor [º] 𝛽 = Ángulo formado por el álabe con el plano de giro del rotor [º] 𝛼 = Ángulo de ataque, depende del perfil seleccionado = 7 º 𝜆𝑅 = Celeridad local para el radio “r” 𝜆𝑑 = Celeridad de diseño

10. Cálculo del extrados e intrados del álabe: Para el cálculo del extrados e intrados del álabe, nos guiaremos de los porcentajes establecidos de nuestro perfil, en este caso un NACA 4421: Sección

r (m.)

𝝀𝑹

𝝓 (º)

(º)

C (m.)

1

1.6

0.1

56.19

49.19

4.1

2

3.2

0.2

52.46

45.46

7.2

3

4.8

0.3

48.87

41.87

9.3

4

6.4

0.4

45.47

38.37

10.92

5

8

0.5

42.28

35.28

11.88

6

9.6

0.6

39.36

32.36

12.61

7

11.2

0.7

36.67

29.67

12.66

8

12.8

0.8

34.23

27.23

12.65

9

14.4

0.9

32

25

12.5

10

16

1.0

30

23

12.25

11

17.6

1.1

28.18

21.18

11.91

12

19.2

1.2

26.54

19.54

11.56

13

20.8

1.3

25.1

18.1

11.22

14

22.4

1.4

23.69

16.69

10.79

15

24

1.5

22.46

15.46

10.41

16

25.6

1.6

21.34

14.34

10.03

17

27.2

1.7

20.31

13.31

9.66

18

28.8

1.8

19.37

12.37

9.38

19

30.4

1.9

18.51

11.51

9.03

20

32

2

17.71

10.71

8.66

11. Cálculo de la velocidad de rotación de la turbina (ω):

2.3. Instalaciones complementarias al diseño:

2.4. Regulación de las turbinas eólicas: La regulación y el control son imprescindibles en una instalación eólica; la CORRIENTE ALTERNA trifásica producida por el aerogenerador se rectifica para obtener CORRIENTE CONTINUA y de este modo poderla almacenar en los acumuladores. Además de controlar la energía suministrada para que en ningún momento se sobrecargue, protegiendo así al acumulador al resto del equipo y a la instalación. El generador produce corriente alterna trifásica que varía en tensión y en frecuencia con la velocidad del viento (NO ES APTO PARA CONSUMO DIRECTO). El regulador rectifica esta corriente para convertirla en corriente continua compatible con los acumuladores y controla cuanta energía se suministra al acumulador para evitar su sobrecarga. Cuando la batería está cargada, el regulador de carga desconecta el generador de la batería y se conectan las resistencias de carga para que frenen el sistema, si la velocidad del viento es elevada. La tensión de los aerogeneradores en régimen nominal es de 300 Vca trifásica con lo que posteriormente puede llevar un transformador trifásico para acondicionar la tensión deseada. Dispone de una pantalla de cristal líquido en la que muestra todos los datos sobre el estado del sistema (potencia generada, energía generada, tensión del acumulador, temperatura ambiente, etcétera) y permite realizar cargas de igualación manuales y automáticas. Las consignas de fábrica corresponden a acumuladores estacionarios de plomo-ácido.

Las etapas de las que consta el regulador del aerogenerador son las siguientes: 1. Entrada 2. Relés de Potencia 3. Rectificación 4. Tarjetas de control 5. Salida, medida de tensión en la batería y medida de corriente 2.5. Análisis de factibilidad económica de fabricación, instalación, usos, etc.

III. Procedimiento de Cálculo: 3.1 Determinación de los parámetros dimensionales y de operación de la Turbina Eólica: velocidad promedio del viento, coeficientes de potencia, de arrastre, de sustentación, ángulos de ataque, de flujo, de sección, Reynolds, sección de palas, cuerdas, radio de rodete etc. 3.2 Determinación de los parámetros dimensionales de la torre, góndola, buje, tornillería, soldadura, etc. IV. Presentación y Discusión de Resultados: 4.1 Parámetros de flujo del fluido. 4.2 Dimensiones de la turbina y rios. 4.3 Selección del generador eléctrico o bomba, cojinetes, ejes, sistema de regulación, etc. VI. Conclusiones. 

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

Se dispone de un prototipo de aerogenerador de corriente continua, que puede ser replicado a gran escala para abastecer de energía eléctrica a sectores que carecen de esta. En el diseño, construcción y puesta en funcionamiento del aerogenerador se presentaron dificultades, de tipo técnico, que fueron superadas de manera exitosa. La elaboración de este trabajo de grado servirá como fundamento para lograr que la clase dirigente se interese más en apoyar estos proyectos en los diversos niveles educativos. Con la ayuda de herramientas de diseño asistido por ordenador, ha sido posible dibujar y diseñar las piezas tratando de atribuir a todos los elementos la resistencia estructural adecuada para que, una vez fabricados, puedan soportar los esfuerzos derivados del funcionamiento. El modelo matemático implementado, fue empleado como una guía para estimar las condiciones de operación y establecer parámetros de funcionamiento.



Las etapas de diseño, construcción y experimentación efectuados durante este trabajo, pueden brindar una visión general para continuar investigando, hacia a una futura y mejor aplicación del recurso eólico disponible en la región y el país.



Finalmente se ha tratado de describir, sobre este documente de texto, todo el proceso y trabajo realizado hasta complejar el proyecto.

VII. Identificación de pérdidas energéticas o factores desfavorables a remediar en el sistema eólico para su óptimo funcionamiento. Criterios de solución o tendencias de investigación o futuros trabajos. Producir más energía a partir del viento podría ayudar a satisfacer las demandas crecientes de electricidad y reducir las emisiones de gases culpables del calentamiento global, pero la turbulencia de los parques eólicos propuestos podría afectar de manera adversa al crecimiento de los cultivos en el terreno circundante. Los parques eólicos pueden albergar enormes turbinas eólicas. Algunas de estas turbinas pueden ser más altas que un edificio de 60 pisos, y poseer aspas de más de 90 metros de largo. La turbulencia, al interrumpir la corriente de aire entre turbinas cercanas, puede reducir significativamente la eficiencia de un parque eólico. Además, la turbulencia producida por los rotores de las turbinas eólicas puede tener un fuerte impacto en la temperatura local del suelo y en el contenido de humedad. La turbulencia crea una mayor mezcla de calor y humedad, causando que la superficie de la tierra se vuelva más caliente y seca. Este cambio en las condiciones hidrometeorológicas locales puede afectar al crecimiento de los cultivos dentro del parque eólico. Somnath Baidya Roy, profesor de ciencias atmosféricas en la Universidad de Illinois, y sus colaboradores están identificando soluciones para éste y otros problemas presentados por los parques eólicos. Ellos están convencidos de que adoptando mejores criterios para la ubicación de los parques eólicos, determinando el espacio óptimo entre las turbinas, y diseñando rotores más eficaces, es posible minimizar los impactos dañinos de los grandes parques. En años recientes, la tecnología de la energía eólica ha progresado desde los pequeños y aislados aerogeneradores, a modo de molinos de viento solitarios, hasta los grandes parques eólicos que contienen cantidades enormes de turbinas gigantes conectadas a las redes de distribución existentes. Por ejemplo, un parque en el noroeste de Iowa tiene más de 600 turbinas eólicas, y suministra electricidad a más de 140.000 viviendas. Y la magnitud de los parques eólicos, a medida que la energía del viento adquiera mayor protagonismo en la producción eléctrica global, será incluso mayor, del orden de miles de turbinas por parque eólico. Un parque de esa clase

podría reemplazar a diez centrales eléctricas alimentadas por combustión de carbón; pero con tantas turbinas, la turbulencia podría generar serios problemas. El primer paso para reducir los efectos de la turbulencia en las condiciones hidrometeorológicas locales es identificar las regiones del mundo donde la energía eólica es grande y además la disipación cinética del viento por fricción también es alta. Construir parques eólicos en regiones donde ya hay mucha disipación de energía cinética ayudaría a minimizar la interferencia de las turbinas eólicas en el ciclo natural de energía cinética del viento. Baidya Roy está creando mapas mundiales de la dispersión del viento por fricción. Él puede estimar cuánto viento está disponible en los sitios seleccionados, y cuánta de la energía cinética del viento se disipa por fricción en la superficie. Sus resultados muestran que el África oriental y central, Australia occidental, China oriental, el sur de Argentina y Chile, el norte de la Amazonia, el nordeste de Estados Unidos, y Groenlandia, son lugares ideales para la ubicación de parques eólicos de bajo impacto. En estas regiones, un parque eólico con 100 turbinas eólicas grandes, con una separación de aproximadamente 1 kilómetro entre cada una y las más cercanas a ella, puede producir más de 10 megavatios de electricidad. Estos estudios sugieren que aunque los grandes parques eólicos pueden afectar a la hidrometeorología local, hay soluciones inteligentes de la ingeniería capaces de reducir esos impactos de modo significativo. IX. Sugerencias o recomendaciones. 

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Para el desarrollo de futuros trabajos que relacionados con esta temática, que busquen la optimización del comportamiento aerodinámico del rotor, es imprescindible la utilización de herramientas informáticas avanzadas como la dinámica de fluidos computacional, ya que pueden brindar una visión más clara del fenómeno y evaluarlo con mayor exactitud. Es conveniente investigar y experimentar con distintos tipos de perfiles aerodinámicos para los alabes, con el fin de realizar mejoras en el diseño y materiales para un mayor desempeño en el rotor. Adicionalmente es importante tener en cuenta para futuras investigaciones la incidencia de la alteración del ángulo de ataque de los alabes. La realización de este trabajo evidencia la necesidad de un apoyo financiero, logístico y de infraestructura por parte de entes investigadores del ámbito académico gubernamental para que este tipo de proyectos tengan un impacto importante en el entorno regional y nacional.

XI. Referencias Bibliográficas. 

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PARK, Jack. “The Wind Power Book”. Brownsville, California. Enero, 1981 FERNANDEZ DIEZ, Pedro. “Energía Eólica”. Departamento de Ingeniería eléctrica y energética. Universidad de Cantabria. España. http://www.amics21.com/laveritat/manual_generador_eolico.pdf http://www.idoub.com/doc/24930827/Aero generador-casero http://es.wikipedia.org/wiki/Bater%C3%ADa_ (electricidad); http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/08_7193.pdf

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http://html.rincondelvago.com/rotor-de-3-palas-deun aerogenerador.html

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