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Aerogenerador


Aerogenerador Savonius:

RESÚMEN

En este trabajo se presentan los resultados de la construcción y evaluación de un prototipo de aerogenerador. Está basado en un nuevo diseño de aerogenerador de eje vertical (VAWT) del tipo Savonius, que cuenta con un sistema de suspensión magnética. Este novedoso sistema se encarga de soportar la mayor parte del peso del prototipo y además reduce significativamente las pérdidas de energía por rozamiento. Este prototipo produce una potencia máxima de 10 W a 180 RPM con una velocidad de viento moderada. A pesar de su baja potencia, resulta ser factible comparado con paneles fotovoltaicos de igual potencia, siendo este prototipo un 22 % más barato.

Estudios teóricos del sistema de suspensión, del sistema de generación y del sistema de hélices realizados demostraron que con un nuevo diseño de aspas de fibra de vidrio y un sistema más eficiente de generador, se logrará obtener una potencia comparable con aerogeneradores comerciales (500W), trabajando en escala real.  Las  mejoras están siendo realizadas y se espera alcanzar niveles de potencia competentes.

El trabajo ha sido realizado con el fin de involucrarse en la búsqueda de tecnologías basadas en energías alternativas para que puedan ser aprovechadas por nuestra sociedad y de esa manera contribuir con el mejoramiento de la calidad de vida de la misma. En ese sentido esta investigación aprovecha los recursos naturales renovables de nuestra región, la energía eólica.

Tradicionalmente las turbinas eólicas, se han constituido por hélices o por múltiples hojas, en ambos casos la dirección del flujo viento es paralela al eje de rotación de las mismas. Tales modelos son llamados turbinas eólicas de eje horizontal, HAWT por sus siglas en inglés. Estos modelos emplean los fenómenos de alce debido a la diferencia de presiones que causa el vórtice creado por la forma de las hélices [6]. La dinámica de los HAWT son harto tratados en la literatura, y la geometría de las hélices son estudiadas de tal forma que las diferencia de presiones sean las máximas posibles bajo determinadas condiciones. Debido a la variabilidad de la velocidad de los vientos, se han creado circuitos cada vez más complejos para regular la potencia extraída de la misma [7].

Existe otro tipo de modelo de turbina eólica (tomado para el presente trabajo) el cual es llamado, turbina eólica de eje vertical, VAWT, el cual tiene su eje de rotación perpendicular a la dirección del flujo de viento. Es por eso que estos modelos no requieren que el eje este alineado con las líneas de campo del viento. Sin embargo, el tratamiento requerido para el análisis de la dinámica de los VAWT es mucho más complejo que para los HAWT.

Por mucho tiempo, los VAWT fueron ignorados debido a la poca potencia que ofrecían en comparación con los HAWT. Entre estos modelos, destacaban los de Darrieus y Savonius, quienes ofrecían una eficiencia del 35% y 30% respectivamente [8, 9], las cuales son pobres si las comparamos con las eficiencias de las modernas turbinas eólicas, que están por sobre el 45%. Sin embargo, fue hace poco, que se creó un nuevo sistema, el MAG-VAWT, el cual promete haber superado a sus predecesores por un 20% de eficiencia adicional, llegando a compararse con los HAWT.

El “secreto” de las MAG-VAWT  se basa en incluir un sistema de levitación magnético, que sostendrá todo el peso de las hélices y la plataforma de rotación, para eliminar todo tipo de pérdidas de energía por fricción, y además incluye un nuevo sistema de generación eléctrica por inducción, en donde una bobina es colocada entre dos imanes, y estos imanes son los que rotarán debido a velocidad angular que le implante el viento sobre el sistema de hélices, y estarán colocadas de tal forma que se base más en el torque que en la rapidez de la base giratoria. Además, claro está, que la geometría de las hojas también es un factor importante, pero este dependerá directamente del lugar en donde se tenga pensado colocar la turbina eólica. En este caso, como se verá más adelante, se pretenderá colocar esta turbina sobre el mar, por lo cual se tomará una geometría totalmente simétrica respecto a los ejes coordenados.

En este trabajo se trataran tanto la creación de un prototipo de MAG-VAWT así la predicción teórica de su posible comportamiento frente a la acción de los parámetros del sistema, para ser capaces de obtener las relaciones entre las variables que controlamos experimentalmente y las que deseamos que el sistema nos genere, y poder así saber cómo controlar determinadas variables para mejorar la eficiencia del sistema sin recurrir a los métodos de prueba en los que se basan los actuales estudios.


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Aerogenerador en funcionamiento


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