Diseño y construcción de un aerogenerador de eje vertical de baja potencia

Abstract

El presente trabajo de grado abarca el diseño y construcción de un aerogenerador de eje vertical para la generación de electricidad a través de la energía eólica, y así, abastecer la carga energética para un banco de baterías. El desarrollo de esta investigación se llevó a cabo en la ciudad de Riohacha (La Guajira), lugar que solo cuenta con aerogeneradores de eje horizontal. El diseño del aerogenerador propuesto contempla el desarrollo de un rotor de eje vertical tipo Darrieus con cuatro álabes rectos en el rotor, diferenciándolo de otras máquinas similares, ya que normalmente este tipo de aerogeneradores poseen tres álabes, además el modelo propuesto incluye la implementación de un sistema multiplicador de velocidad. La estructura propuesta para este proyecto, inicialmente cita aspectos teóricos sobre la energía eólica, los sistemas de generación eólicos y los principios que rigen el funcionamiento de estas máquinas. Se describe el estudio del recurso eólico disponible en el lugar de instalación donde se mencionan los principales aspectos y se desarrollan los cálculos para su debida evaluación. Se detalla el proceso de diseño explicando las piezas mecánicas que integran el aerogenerador y las variables involucradas para el desarrollo de cálculos y dimensionamiento de este. Por último, se hace énfasis en las piezas más importante de la construcción del aerogenerador teniendo en cuenta los ítems de diseño. En el análisis de resultados se muestra los datos obtenidos de las pruebas experimentales que dan lugar a las conclusiones y recomendaciones para la construcción y puesta en funcionamiento del aerogenerador. El modelo baso su construcción en materiales livianos y adecuados para la geometría del aerogenerador. De esta forma, el prototipo se construyó con un diámetro de 1,38 m y una altura de 0,94 m en su rotor y, así, el área barrida por el viento es de 1,29 m^2.

This degree work covers the design and construction of a vertical axis wind turbine for the generation of electricity through wind energy, and thus, supply the energy load for a battery bank. The development of this research was carried out in the city of Riohacha (La Guajira), a place that only has horizontal axis wind turbines. The design of the proposed wind turbine contemplates the development of a Darrieus-type vertical axis rotor with four straight blades in the rotor, differentiating it from other similar machines, since normally this type of wind turbine has three blades; in addition the proposed model includes the implementation of a speed multiplier system. The proposed structure for this project, initially cites theoretical aspects about wind energy, generation systems and the principles that govern the operation of these machines. The study of the wind resource available at the installation site is described; where the main aspects are mentioned and the calculations are developed for their due evaluation. The design process is detailed explaining the mechanical parts that make up the wind turbine and the variables involved for the development of calculations and its sizing. Finally, emphasis is placed on the most important parts of the wind turbine construction, taking into account the design items. The results analysis shows the data obtained from the experimental test that give rise to the conclusions and recommendations for the construction and commissioning of the wind turbine. The model based its cosntruction on lightweight materials suitable for the geometry of the turbine. In this way, the prototype was built with a diameter of 1,38 m and a height of 0,94 m in its rotor and, thus, the área swept by the wind is 1,29 m^2.