Diseño de un aerogenerador.

DISEÑO Y MODELAMIENTO DE LA GEOMETRÍA DEL PERFIL ALAR DE UN AEROGENERADOR, BASADO EN LAS CONDICIONES DE VIENTO PRESENTE EN EL DEPARTAMENTO DE CÓRDOBA PARA LA GENERACIÓN DE POTENCIA.

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AUTORES

LEONARDO JOSÉ GEOVO CORONADO

ALAN JAVIER GONZÁLEZ DÍAS

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA

FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA MECÁNICA

MONTERÍA

2015

DISEÑO Y MODELAMIENTO DE LA GEOMETRÍA DEL PERFIL ALAR DE UN AEROGENERADOR, BASADO EN LAS CONDICIONES DE VIENTO PRESENTE EN EL DEPARTAMENTO DE CÓRDOBA PARA LA GENERACIÓN DE POTENCIA.

[pic 2]

AUTORES

LEONARDO JOSÉ GEOVO CORONADO

ALAN JAVIER GONZÁLEZ DÍAS

DIRECTOR

MTR. YAHIR ENRRIQUE GONZALEZ

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA

FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA MECÁNICA

MONTERÍA

2015

Responsabilidad de los autores

Nota de aceptación

Dedicatoria

Agradecimiento

Tabla de contenido

Lista de tablas, figuras,

Resumen en español

Resumen en ingles

1. Introducción

El aprovechamiento de los vientos por parte de la humanidad se viene llevando a cabo desde hace milenios, uno de los primeros indicios que se tiene son de hace 5000 años, haciendo referencia a los egipcios que utilizaron la energía del viento para impulsar sus barcos de vela. Desde entonces este tipo de energía que fue tomando importancia en la vida cotidiana, además de la marítima, se utilizó en la agricultura con los molinos de vientos los cuales se utilizaban para la trituración del trigo y de más cereales, y para el trasporte de agua. Como se puede ver la energía del viento ha utilizado de muchas formas.

En la actualidad, el crecimiento acelerado de la población y de la globalización, se exige una gran demanda de energía para suplir sus necesidades diarias. Una de las fuentes que mayor contribuye en la producción de energía son las provenientes de los combustibles fósiles, pero estas presentan una desventaja, es que no son energías renovables por lo que en algún momento estos se agotaran y así no se podrá cumplir con la demanda de energía, aun con esto su gran problema es que son uno de los principales contaminantes y contribuyentes del calentamiento global, por lo cual en muchas partes del mundo se están haciendo trabajos e investigaciones sobre la creación de  nuevas fuentes de energías limpias que han conllevado a un incremento en el monto de inversión siendo con esto las energías eólicas las de mayor crecimiento (fuente) con   un incremento exponencial de la capacidad instalada en estos últimos años.

Entre estas fuentes renovables encontramos la energía eólica, la cual es generada por la energía cinética del viento mediante aerogeneradores que convierten a esta en energía eléctrica. En la actualidad la energía eólica es utilizada para la generación de energía eléctrica, con una capacidad mundial de producción de 369,597GW en el año 2014 según el reporte de (GLOBAL WIND REPORT ANNUAL MARKET UPDATE, 2014),

El potencial eólico a nivel mundial en la actualidad, puede ser comparado con la energía generada en las plantas de  carbón, esto se debe a los avances tecnológicos que se han obtenido en esta rama y que además han tenido una buena acogida en la parte de sistemas aislados  por lo que se ha utilizado para sopesar la demanda de energía en lugares recónditos o de difícil acceso, por tal motivo en estos últimos años se ha retomado la idea de los aerogeneradores de ejes verticales, adecuados para trabajar en zonas con características de bajas velocidad de viento. En pequeñas granjas pueden ser capaces de surtir de fluido eléctrico a uno o varios hogares individualmente, a un menor costo.

En Colombia se han hecho trabajos en el estudio de los aerogeneradores de eje vertical como el realizado  por (ORDUZ & SUÁREZ, 2011),  en el que diseñan y construyen un prototipo de turbina eólica de eje vertical para la generación de electricidad a baja potencia, teniendo en cuenta los aspectos teóricos y principios físicos que gobiernan el funcionamiento de estas máquinas, como las variables involucradas en el desarrollo del prototipo y así la obtención de un equipo de pruebas, para la toma de mediciones y evaluación de los parámetros de diseño y operación de lo cual se concluyó que la turbina puede generar potencias cercanas  a los 44 W en vientos superiores a los 10 m/s  lo que supone una eficiencia del 7%.

Hoy en día Colombia no es ajena a las energías renovables ya que actualmente posee una capacidad instalada de  19.5MW  generada en el parque de energía eólica Jepirachi en el departamento de la Guajira según el artículo (Pinilla, Rodriguez, & Trujillo, 2009).

Según la (UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO ENERGÉTICA & INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGÍA Y ESTUDIOS AMBIENTALES, 2008) en el departamento de Córdoba en su zonas costeras presenta una geografía y clima que se caracteriza por poseer distribuciones con ráfagas de vientos de magnitudes determinadas por la variación estacional y diaria debido a la incidencia del sol, presentando rangos de velocidades de 2 a 6 m/s, alcanzando picos entre los meses de enero y marzo dando con esto las condiciones requeridas para la generación de baja potencia.

Bajo esta perspectiva el siguiente trabajo contempla diseñar el perfil alar óptimo, mediante el modelado de una turbina eólica de eje vertical tipo H  de baja potencia, implementando el método doble tubo con corrientes múltiples y la dinámica de flujos computacional, con las condiciones de viento favorables que permita generar potencia a bajas velocidades. La iniciativa surge como un intento por investigar, aplicar y adoptar los principios y bases del conocimiento en ingeniería, involucradas en el funcionamiento de este tipo de máquinas.

1. REVISIÓN LITERARIA (Colocar numeración)

1.  Aerogeneradores

Los aerogeneradores son más que  máquinas  que  aprovechan la energía del viento y la transforman en energía eléctrica, esto se debe a la fuerza generada por el viento la cual mueve las aspas del aerogenerador, esto hace girar un rotor que está conectado a un generador, este transforma la energía mecánica producida en el eje del rotor en energía eléctrica. (Escánez, 2013). Las turbinas eólicas se pueden  clasificar por la disposición del eje siendo el parámetro más significativo y diferenciador entre los distintos tipos de aerogeneradores, los aerogeneradores pueden clasificarse en eje horizontal y en eje vertical.

1. Ejes verticales:

Los aerogeneradores de eje vertical, también conocidos como VAWT (Vertical Axis Wind Turbines, por sus siglas en ingles), las  principales características, es que su eje se encuentra perpendicular a la dirección del viento. (Escánez, 2013) Sus principales ventajas es que se pueden situar al nivel del suelo, no necesita mecanismos de orientación y por lo general consta de un mantenimiento sencillo. Pero también tiene desventajas como lo son: poca eficiencia con respecto a los de eje horizontal, también las velocidades a las que están sometidas son bajas debido a que se encuentra al nivel del suelo. (Castro, Cruz, & Sánches, 2006)

Como se aprecia en la figura 1. Podemos encontrar diferentes tipos de aerogeneradores tipo VAWT como lo son los rotores Darrieus: Este modelo es el más conocido de los aerogeneradores de eje vertical, estos emplean  la  fuerza de sustentación que se presenta en las palas para poder girar, con un par de arranque del rotor muy pequeño. (ORDUZ & SUÁREZ, 2011) A diferencia  de los  rotores Savonius: en los cuales el rotor está conformado por dos palas con forma de semicírculos alrededor del eje vertical, por lo que puede trabajar con velocidades de viento muy bajas debido a la diferencia del coeficiente de arrastre presente entre los dos semicírculos. (Arbeláez & Ochoa, 2013) También podemos encontrar los rotores  tipo H o Giromill: estos rotores son una modificación de los Darrieus, su principal característica  son sus perfiles verticales de eje recto (Arango, Fajardo, & Giraldo). El modo de funcionamiento de un Giromill VAWT es igual que el de las turbina Darrieus común, por lo que funcionan con la fuerza de sustentación.

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