Diseño y construcción de un prototipo a escala de turbina eólica aplicada a una luminaria

Abstract

En este trabajo se describen las distintas etapas del proceso de diseño de un prototipo de luminaria que funciona con energía eliqua, la cual fue concebida según los requerimientos del contexto y partiendo de ahí se cumplen los requerimientos de ingeniería. Se describe el proceso de diseño de un prototipo a escala turbina. Además de hace una descripción del generador eléctrico y se describen los ensayos de caracterización del mismo, se plantean los componentes de las fuerzas aerodinámicas sobre las aspas y el diseño del sistema de regulación de velocidad de las mismas. Se plantea también el estudio experimental de un tipo de perfil aerodinámico, en el cual al cambiar su geometría regula la velocidad del giro del eje, el cual, fue diseñado para extraer la máxima potencia mecánica el eje rotor. Se analizan los efectos aerodinámicos sobre un perfil de espesor variable y cuerda variable ajustándolo a tres posiciones distintas. Se analizan experimentalmente las características aerodinámicas y la eficiencia energética o coeficiente de potencia (Cp) de una turbina eólica de eje vertical tipo ciclo-giro a escala, también conocida como turbina tipo Darrieus de perfil recto, empleando un modelo a escala en el túnel de viento de la UAM. Se encontró que el eje de giro alcanza su máxima velocidad a una longitud media de la cuerda del perfil y a un ancho medio de y por otro lado el rotor reduce su velocidad si la cuenta es muy larga y el perfil se aplana.

This work describes the different stages of the design process of a prototype of a luminaire that works with wind energy, which was conceived according to the requirements of the context, starting from the engineering requirements. It describes the design process of the prototype of wind turbine. In addition, a description of the electric generator is made and the characterization tests are described, the components of the aerodynamic forces on the blades and the design of the speed regulation system of the same are considered. It is also considered the experimental study of a type of aerodynamic profile in which, when changing its geometry, it regulates the speed of rotation of the axis, which was designed to extract the maximum mechanical power in the rotor shaft. The aerodynamic effects on a profile of variable thickness and variable rope are analyzed, adjusting it to three different positions. The aerodynamic characteristics and the energy efficiency or power coefficient (Cp) of a vertical axis wind turbine type, also known as a Darrieus type straight profile turbine, are analyzed experimentally using a scale model in the wind tunnel of The Metropolitan Autonomous University (UAM).It was found that the axis of rotation reaches its maximum velocity at an average length of the profile cord and a mean width of the profile, and on the other hand the rotor reduces its speed if the rope is very long and the profile flattens.