Diseño y construcción de un prototipo de luminaria alimentada por energía eólica-solar

Abstract

En este trabajo se describen las distintas etapas del proceso de diseño de una luminaria que funciona con energía eólica y energía solar, de manera que fue concebida según los requerimientos del contexto, y partiendo de esto se determinan los requerimientos de ingeniería. Este proyecto es continuación de mi proyecto terminal de licenciatura titulado “Análisis experimental de una turbina ciclo-giro con perfil de geometría variable”. Se llevó a cabo un estudio cualitativo de las necesidades del contexto de aplicación en donde fue probada la luminaria, de esto se determinan los requerimientos de diseño los cuáles serán las directrices para llevar a cabo el diseño de la luminaria. Además, se hizo una simulación en el software Qblade de las variables aerodinámicas para distintos tamaños del rotor, así como en dos configuraciones del intradós la primera hacia afuera y la segunda hacia adentro, para así determinar el tamaño y la configuración donde se obtenga mayor potencia. También se plantea el diseño del sistema de arranque para bajas velocidades de viento. Se hicieron pruebas a varios generadores eléctricos para elegir el que presente un mejor desempeño en la curva de potencia a bajas revoluciones por minuto, además se describen los ensayos de caracterización del mismo. Se analizó experimentalmente la fuente de generación de energía eólica bajo condiciones controladas empleando el túnel de viento del laboratorio de Bioclimática de la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM). Así mismo, también se realizó un estudio experimental con la celda fotovoltaica. Por último, se realizaron pruebas del prototipo en el contexto del Istmo de Tehuantepec analizando su funcionamiento bajo condiciones reales, este lugar es idóneo debido a la falta de la infraestructura eléctrica en determinadas zonas y al abundante recurso eólico y solar. Se encontró que el rotor eólico entrega más potencia a mayor diámetro, y que el conjunto de celda fotovoltaica y turbina eólica diseñado es idóneo y suficiente para que se mantenga cargada la batería del sistema y encienda una lámpara LED de 12 W durante toda la noche.

This paper describes the different stages of the design process of a luminaire that works with wind energy and solar energy, which was designed according to the requirements of the context, and based on this, the engineering requirements are determined. This project is continuation of my final degree project titled "Experimental analysis of a gyromill wind turbine with variable geometry profile". A qualitative study of the needs of the application context where the luminaire will be tested was carried out, from this the design parameters are determined, which will be the guidelines to carry out the design of the luminaire. In addition, a simulation of the aerodynamic variables was made in the Qblade software on different sizes of the rotor and in two configurations of the intrados towards the outside and towards the inside, in order to determine the size and configuration where greater power is obtained. The design of the start system for low wind speeds is also considered. Several electric generators were tested to choose the one with the best performance in the power curve at low revolutions per minute, and the characterization tests are described. The source of wind energy generation under controlled conditions was analyzed experimentally using the wind tunnel of the Bioclimatic Laboratory of the Autonomous Metropolitan University (UAM). Likewise, an experimental study was also carried out with the photovoltaic cell. Finally, tests of the prototype were carried out in the context of the Isthmus of Tehuantepec analyzing its operation under real conditions, this place is ideal due to the lack of electrical infrastructure in certain áreas and the abundant wind and solar resource. It was found that the wind rotor provide more power to a larger diameter, and that the set of photovoltaic cell and wind turbine designed is suitable and sufficient to keep the battery of the system charged and turn on a 12 W LED lamp throughout the night.