DISEÑO Y CALCULO SIMPLIFICADO DE

LOS AEROGENERADORES EÓLICOS

LENTOS DE EJE HORIZONTAL.

MG. AMANCIO ROJAS FLORES

Perfiles aerodinámicos

Características adecuadas perfil eólica

Perfiles eólica pequeña potencia

Perfiles eólica media potencia

Perfiles eólica gran potencia

NACA 4412

Lift: sustentación

Drag: arrastre

NACA 4415

NACA 4418

NACA 4421

NACA 4424

NACA 23012

NACA 23015

NACA 23018

NACA 23021

NACA 23024

PROCESO DE

FABRICACIÓN DE

UNA TURBINA

EÓLICA De 100 W

1. Introducción.-.

2. Características del rotor

La turbina eólica es un componente del aerogenerador compuesto por tres palas expuestas al viento. Este dispositivo transforma la energía del viento, expresada en velocidad, en energía mecánica, la cual es trasmitida al generador para generar a su vez energía eléctrica

Estará compuesta de tres palas aerodinámicas (Perfil Naca 4412)

Tendrá un diámetro nominal de 1.70m

Cálculo del diámetro del rotor:

Para este calculo se utilizó la ecuación de potencia de las turbinas eólicas.

)1...(.....2

1 3 pcVAP

)2...(

4.

2dA

)3...(

....

.83 pcV

Pd

d: Diámetro del rotor de la turbina eólica (m)

P: Potencia de diseño del aerogenerador (W)

ρ: Densidad del aire, 1,225 kg/m3 a nivel del mar)

V: Velocidad del viento (m/s)

A: Área barrida por la turbina (m2)

Cp: Coeficiente de potencia (adimensional)

η: Eficiencia del generador

)4...(

60

..

v

dN

v

u

)4...(

.

..60

d

vN

Donde:

N: Velocidad de giro de la turbina eólica (r.p.m.)

u: Velocidad tangencial al extremo de la pala (m/s)

v: Velocidad de diseño (m/s)

λ: Celeridad

Utilizando la ecuación (3), con un Cp=0.35, velocidad de viento igual a la velocidad

de diseño , densidad del aire de 1.2253 kg/m3, potencia de 100 W a la salida del

generador y una eficiencia del 75% para el generador

Cálculo de la sección del álabe y selección del perfil

R

rr

cos1

8

sZC

rC

r

arctag

1

3

2

λr: Celeridad local para el radio r

λο: Celeridad de diseño

r: Distancia del centro del rotor a la sección evaluada (m)

R: Radio de la turbina (m)

φ: Angulo formado por la velocidad relativa con el plano de giro del rotor

C: Cuerda de la sección del alabe

Z: Número de alabes o palas

Cs: Coeficiente de sustentación del álabe

β: Angulo formado por el álabe con el plano de giro

α: Angulo de ataque, depende del perfil seleccionado.

α: Constante , 5.

El viento incide en la pala, produciendo el movimiento giratorio que es transmitido al del generador. Para el diseño de las palas se toman perfiles aerodinámicos ya determinados y estudiados en laboratorios especializados.

3. La pala

Para la construcción de la pala se requiere conocer las diferentes secciones, con su respectiva cuerda y ángulo de posición para diferentes radios, que son obtenidos a partir de los cálculos teóricos y las consideraciones del diseñador. A partir de la cuerda para diferentes radios y los datos del perfil elegido obtenemos los puntos de cada sección que darán forma a la pala,

Tabla : Datos a diferentes radios, con sus respectivos ángulos y cuerdas, necesarios para la construcción de la pala.

r: Radio en cm.

B. Ángulo en grados.

C: Cuerda en cm.

4. Datos para la construcción de la pala

Secciones para dar forma a la pala

Para dar forma a la pala la dividimos en 15 secciones con una variación de 50 mm. Cada sección tendrá dimensiones diferentes de cuerda, espesor y ángulo de posición, cada una debe de ser dibujada a escala real según los datos de la tabla anterior

…. Así sucesivamente

Fig. Dos secciones de metal con agujeros para armar en un eje

Fig. Secciones de metal fijadas en la varilla.

Figura: Esquema de las secciones a lo largo del cajón de madera