diseÑo y calculo simplificado de los...
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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