LA METODOLOGIA DE DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA TURBINA DE VIENTO DE EJE HORIZONTAL

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METODOLOGIA DE DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA TURBINA DE VIENTO DE EJE HORIZONTAL

MARCO PEREZ, JOEL QUEZADA, ALDO HEREDIA, LAURA ESCOBAR, ANDERSON CHAVEZ, PEDRO RINCON

Objetivo y alcance

El rotor construido servirá de modelo para realizar estudios y practicas relacionadas con la generación de energía eléctrica a través de medios de producción eólicos. si bien en un principio pueda parecer que estos sistemas han de ser similares a los de generación convencional , el hecho de recurrir al viento como fuente de energía requiere un planteamiento distinto debido a su carácter imprevisible.

Metodología y diseño aerodinámico para las aspas

Paso 1: Definir la potencia requerida

Paso 2: Medir la velocidad del viento y la temperatura para calcular la densidad del aire

Paso 3: Calcular el radio del rotor

Paso 4: Seleccionar un arfil (Perfil aerodinámico)

Paso 4: Calcular el Cl, Cd y el Angulo de ataque. Este ángulo de ataque es propio del perfil aerodinámico seleccionado

Paso 5: Definir los siguientes parametros

• Velocidad angular del rotor(RPM)
• TSR(Relación de velocidades)
• Numero de aspas
• Numero de secciones del alabe
• Pitch o separación entre secciones
• Velocidad lineal del alabe
• Velocidad relative (Relative wind speed)
• Velocidad del aire en el plano del motor (V)
• Factor de interferencia axial (a)

Algunos de estos parametros se calculan de la siguiente manera

[pic 1]

[pic 2]

[pic 3]

[pic 4]

Paso 6: Se calcula el radio correspondiente de cada sección y se analiza cada uno individualmente

Paso 7: Se calculan los ángulos que dependen del radio en cada sección

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[pic 6]

[pic 7]

En este grafico se representan los ángulos

[pic 8]

Las ecuaciones pertinentes son

[pic 9]

[pic 10]

[pic 11]

Paso 8: Calcular el “CHORD” de cada sección .Esta longitud se calcula con la siguiente ecuación

[pic 12]

Donde B es un factor geométrico y X es

el TSR

Paso 9: Verificar que la fuerza de sustentación sea mayor a la fuerza de arrastre en cada sección del aspa.

[pic 13]

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Siempre se debe cumplir que Fl>Fd.

Para el cálculo de algunos parametros es de mucha ayuda usar la siguiente aplicación: https://www.warlock.com.au/tools/bladecalc.htm

[pic 15]

Teniendo en cuenta la metodología presentada se procede a realizar el diseño de una turbina con una potencia requería de 30000W o 30 KW

• Velocidad del viento promedio en puerto Colombia

• Densidad del aire

• Radio del rotor y RPM

Donde:
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• Perfil aerodinámico

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[pic 18]

[pic 19]

[pic 20]

El ángulo de ataque será

• Se definen algunos parametros

Se calcula la velocidad del aire en el plano del rotor

Para calcular los ángulos en cada sección y el chord es más practico realizar un Excel[pic 21]

• Teniendo estos datos es pertinente analizar las fuerzas aerodinámicas , en la misma hoja de Excel se obtuvieron los siguientes valores :

Efectivamente se obtuvo que la fuerza de sustentación es mayor a la de arrastre en todas las secciones.

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