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Diseño y experimentación de un prototipo de aerogenerador de baja potencia
PROYECTO DE GRADO
CAMILO GARCIA TORRES 201417471
ASESOR: ÁLVARO ENRIQUE PINILLA SEPULVEDA, Ph.D., M. Sc.
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA
BOGOTÁ, COLOMBIA DICIEMBRE 2018
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Agradecimientos
Quiero agradecer en primer lugar a mi familia, que son mi motor de vida, la razón por la que estudio, y la fuente de mi felicidad. El apoyo que me dan es necesario para seguir adelante y quería expresar el amor inmenso que tengo por ustedes. De la misma manera, quiero agradecer a mi asesor Álvaro Pinilla por guiarme en mi proyecto de grado; por enseñarme habilidades necesarias para crecer como ingeniero como la autonomía, la perseverancia y la practicidad. Pero también es importante dar las gracias por despertar esa pasión por el área de la conversión de energía y las energías renovables en mí. También quiero agradecer a mis colegas ingenieros y amigos, que me acompañaron a lo largo de la carrera y que hicieron cada momento difícil mas agradable. Les deseo muchos éxitos en sus carreras profesionales y en la vida. Por ultimo, quiero expresar mi gratitud al personal del laboratorio de Manufactura por la ayuda brindada para poder materializar los objetivos de este proyecto de grado.
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Tabla de Contenido LISTA DE FIGURAS .......................................................................................................................................... 4
LISTA DE TABLAS ............................................................................................................................................ 5
1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................................... 7
1.1 CONTEXTO COLOMBIANO .............................................................................................................................. 7 1.2 ENERGÍA EÓLICA EN EL MUNDO ....................................................................................................................... 9 1.3 TRABAJOS PREVIOS ....................................................................................................................................... 9
2. OBJETIVOS ............................................................................................................................................... 10
3. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................................................... 11
3.1 LEY DE LENZ Y FARADAY ............................................................................................................................... 11 3.2 GENERADORES Y MOTORES ELÉCTRICOS .......................................................................................................... 12 3.3 ROTORES EÓLICOS ...................................................................................................................................... 13 3.4 TEORÍA MOMENTUM AXIAL Y TEORÍA ELEMENTO DEL ASPA ................................................................................ 13 3.5 NÚMEROS ADIMENSIONALES ........................................................................................................................ 15 3.6 ECUACIONES DE DISEÑO DEL ROTOR EÓLICO ..................................................................................................... 16
4. GENERADOR ELÉCTRICO .......................................................................................................................... 18
4.1 MONTAJE DE CARACTERIZACIÓN .................................................................................................................... 18 4.2 MOTOR BRUSHLESS ................................................................................................................................... 19 4.2 MOTO-‐REDUCTOR ...................................................................................................................................... 21 4.3 MOTOR ESCOBILLAS .................................................................................................................................... 22 4.4 ANÁLISIS Y COMPARACIÓN ........................................................................................................................... 24
5. ROTOR EÓLICO ........................................................................................................................................ 25
5.1 CARACTERIZACIÓN DE ROTORES ..................................................................................................................... 25 5.2 ANÁLISIS Y COMPARACIÓN ........................................................................................................................... 26
6. PROTOTIPO FINAL .................................................................................................................................... 28
6.1 VARIABLES DE DISEÑO ................................................................................................................................. 28 6.2 CAD DEL ASPAS ......................................................................................................................................... 29 6.3 IMPRESIÓN Y MANUFACTURA ....................................................................................................................... 31
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................................................. 34
7.1 CONCLUSIONES ...................................................................................................................................... 34 7.2 RECOMENDACIONES Y TRABAJOS FUTUROS ...................................................................................................... 34
BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................................. 35
ANEXOS ....................................................................................................................................................... 36
4
Lista de Figuras Figura 1. Localidades ZNI de Colombia identificadas por el IPSE y monitoreadas por el CNM que
poseen Telemetría. Los puntos verdes representan los ZNI. [3] ........................................................... 7 Figura 2. Mapa de Colombia a diferentes velocidades de viento. A la izquierda viento anual a 2m de
altura, a la derecha velocidad del viento anual 50m [5]. ...................................................................... 8 Figura 3. Montaje turbina eólica de 250W por Hanny Callejas [7]. .............................................................. 9 Figura 4. Clasificación de motores eléctricos por tipo de corriente (Alterna o continua) [9]. ................... 12 Figura 5. Clasificación de turbinas eólicas: Horizontales y verticales [10]. ................................................ 13 Figura 6. A la izquierda representación del disco actuador frente a líneas de corriente. A la derecha,
grafica de velocidad y presión con respecto a la distancia del disco [11]. ......................................... 14 Figura 7. Representación de la teoría del elemento de aspa. Se analizan elementos de longitud
infinitesimal dr que se asemejan a un perfil bidimensional [12]. [11] ............................................... 15 Figura 8. Izquierda, representación del montaje en inventor. Derecha, foto del montaje final. ............... 18 Figura 9. Izquierda, Motor brushless. Centro, Moto-‐reductor. Derecha, motor de escobillas .................. 19 Figura 10. Grafica de Potencia motor brushless sin puente rectificador ................................................... 20 Figura 11. Izquierda, puente rectificador de tres fases AC a DC. Derecha, señal de corriente resultante
antes y después del puente [13]. ....................................................................................................... 20 Figura 12. Grafica voltaje contra velocidad angular motor brushless con puente rectificador. ................ 21 Figura 13. Grafica potencia eléctrica contra velocidad angular motor brushless con puente rectificador.
............................................................................................................................................................ 21 Figura 14. Grafica voltaje contra velocidad angular moto-‐reductor. ......................................................... 22 Figura 15. Grafica potencia eléctrica contra velocidad angular moto-‐reductor. ....................................... 22 Figura 16. Grafica voltaje contra velocidad angular motor de escobillas. ................................................. 23 Figura 17. Grafica potencia eléctrica contra velocidad angular motor de escobillas. ................................ 23 Figura 18. Grafica Cp contra velocidad especifica teórica. Las curvas enumeradas son el comportamiento
de diferentes rotores experimentales. [8] ......................................................................................... 25 Figura 19. Los 3 tipos diferentes de rotores caracterizados. Nombrados de izquierda a derecha: rotor1,
rotor2 y rotor3. .................................................................................................................................. 26 Figura 20. Grafica eficiencia total del sistema contra velocidad especifica para los 3 rotores diferentes. 27 Figura 21. Grafica de potencia eléctrica contra velocidad del viento para los 3 rotores diferentes. ......... 27 Figura 22. Distribución de cuerda a lo largo del radio del aspa de diseño. ................................................ 30 Figura 23. Cambio del ángulo beta a lo largo del radio del aspa diseñada. ............................................... 30 Figura 24. Izquierda, diseño del CAD del aspa. Derecha, dirección de movimiento del aspa. ................... 30 Figura 25. Izquierda, impresora Eden260V. Derecha, resultado final impresión de las aspas ................... 31 Figura 26. Izquierda, prototipo en inventor. Derecha, prototipo final del rotor diseñado. ....................... 31 Figura 27. Grafica eficiencia total contra velocidad especifica. Se compara el rotor diseñado y el rotor1
de la sección anterior. ........................................................................................................................ 32 Figura 28. Grafica de potencia electrica contra velocidad de viento para rotor diseñado y rotor1 de la
sección anterior. ................................................................................................................................. 32
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Lista de tablas
Tabla 1. Variables esperadas del generador eléctrico. ............................................................................... 18 Tabla 2. Datos de referencia de motores brushless y E.S.C. ...................................................................... 19 Tabla 3. Resultados caracterización de los 3 diferentes tipos de motores. ............................................... 24 Tabla 4. Resultados caracterización de los 3 tipos de rotores eólicos. ...................................................... 26 Tabla 5. Variables de entrada para el diseño del aspa. .............................................................................. 28 Tabla 6. Tabla de relación entre el numero de palas y la velocidad especifica. ......................................... 29 Tabla 7. Características perfil aerodinámico de bajo numero de Reynolds. .............................................. 29
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Nomenclatura
Símbolo Significado
𝑎 Ángulo de ataque 𝛽 Ángulo de calaje
𝜀 Ángulo de W con respecto a 𝑈% 𝜆 Velocidad Especifica 𝜂 Eficiencia Total
𝜂()* Eficiencia Mecánica 𝜇 Viscosidad dinámica
𝜌 Densidad 𝜎 Relación de solidez 𝜑 Angulo de la velocidad W 𝜔 Velocidad de rotación A Área barrida del aerogenerador
a Factor de inducción axial a’ Factor de inducción tangencial B Número de aspas c Cuerda de la aspa 𝐶1 Coeficiente de arrastre en 2D
𝐶2 Coeficiente de empuje en 2D 𝐶3 Rendimiento de aerogeneradores
Símbolo Significado
D Diámetro de la hélice dr Elemento diferencial del radio F Factor de perdidas Prandtl
I Corriente 𝑃% Presión del flujo de aire no
perturbado 𝑃5 Presión antes de las aspas 𝑃6 Presión después de las aspas 𝑃78( Presión atmosférica 𝑃)9)* Potencia eléctrica 𝑃()* Potencia mecánica r Radio hasta elemento de aspa R Radio total Re Numero de Reynolds 𝑈% Velocidad del viento no
perturbado 𝑢 Velocidad del disco 𝑢6 Velocidad del viento aguas abajo
𝑈;)<( Velocidad geométrica V Voltaje W Velocidad relativa
7
1. Introducción
1.1 Contexto Colombiano
Una de las problemáticas principales en Colombia es la falta de cobertura de red eléctrica en varias
zonas del país. Estos lugares sin cobertura son llamados Zonas No Interconectadas (ZNI) y entre
los datos mas recientes encontrados sobre estas zonas se encuentran: Según la UPM las ZNI
registran el 32% del país para el 2016 [1], y según el reporte de la Asociación Colombiana de
Generadores de Energía Eléctrica (Acolgen) por lo menos 2,5 millones de colombianos no tiene
servicio de luz eléctrica en el 2017 [2]. En la figura 1 se presenta la ubicación de las ZNI en el
mapa geográfico:
Figura 1. Localidades ZNI de Colombia identificadas por el IPSE y monitoreadas por el CNM que poseen
Telemetría. Los puntos verdes representan los ZNI. [3]
Este proyecto nació como respuesta al panorama colombiano actual. El objetivo principal es
diseñar un sistema que genere energía de forma barata y practica con las herramientas disponibles
del país. Para estas zonas, alejadas de la red eléctrica, tan solo 1Watt de potencia puede generar la
diferencia en la vida de muchos colombianos, desde necesidades básicas como refrigeración,
comunicación y hasta iluminación pueden significar un aumento de la calidad de vida.
8
Ahora bien, el panorama de energía eólica en Colombia no es alentador. La generación de energía
en el país bastante dependiente de las turbinas. La capacidad instalada se conforma en un 69.7%
por energía hidráulica, un 28,5% de plantas térmicas (principalmente gas y carbón), 0.06% en
energía solar y tan solo un 0,11% en energía eólica para el 2018 [4].
Sin embargo, Colombia tiene un gran potencial en términos de energía eólica. Se estima que el
país tiene un potencial alrededor de los 20.000 MW de capacidad instalada tan solo en la Guajira,
y otros 10.000 MW en menor escala en lugares como San Andrés y Providencia, Norte de
Santander, Santander, Risaralda, Valle del Cauca, y Huila aproximadamente. Mas aún, esta
capacidad instalada es sin contar el potencial derivado de turbinas eólicas offshore. En otras
palabras, Colombia tiene un potencial de capacidad instalada en términos de energía eólica mayor
a la capacidad instalada total en la actualidad (16.853 MW para el 2017) [4]. Esto se debe en parte
a la geografía montañosa y a las altas velocidades de viento en los diferentes lugares ya
mencionados. A continuación se presenta un mapa geográfico con las velocidades de viento del
país a dos alturas diferentes:
Figura 2. Mapa de Colombia a diferentes velocidades de viento. A la izquierda viento anual a 2m de altura, a
la derecha velocidad del viento anual 50m [5].
El mapa de la derecha puede ser útil para el diseño de turbinas eólicas de alta potencia y parques
eólicos como el de Jepirachi en la Guajira. El mapa de la izquierda son en cambio para el diseño
de aerogeneradores de baja potencia. Sin embargo en Colombia no existe ninguna empresa
encargada del diseño de equipos eólicos. Es necesario hacer un llamado para aprovechar esta
fuente de energía disponible en el país.
9
1.2 Energía eólica en el mundo
La energía eólica continua creciendo a grandes pasos internacionalmente. Para el 2017 esta energía
alcanzó un total de 515 GW de capacidad instalada y alrededor de 1120 TWh de energía registrada
en todos los países del mundo. Aunque solo genera el 5% de energía total del planeta, por ser
renovable es bastante atractiva en la actualidad. Para muchos países, este tipo de energía es una
solución para el cambio de combustibles fósiles y ser responsable con el medio ambiente. Por
ejemplo, Dinamarca es uno de los mas acoplados a esta fuente ya que desde el 2017 el 43% de la
energía total del país proviene del viento. Los principales países que producen energía eólica son:
China con 188GW de capacidad y le siguen Estados Unidos, Alemania, India, y en el caso
latinoamericano Brazil con 12,6GW [6].
1.3 Trabajos previos
En la Universidad de los Andes ya se han realizado trabajos previos con respecto a turbinas eólicas
de baja potencia. La principal guía para este proyecto de grado fue la tesis de maestría de Hanny
Julieth Callejas [7], que con la ayuda de la industria militar INDUMIL desarrolló una turbina eólica
de 250W de potencia. En las secciones posteriores se realizara un proceso de diseño parecido al
utilizado por Hanny. Además de eso, el diseño de rotores eólicos se basó en el capitulo 7 de las
notas del profesor Álvaro Pinilla [8], para el curso de aerodinámica dictado en la universidad de
los Andes en Agosto del 2018.
Figura 3. Montaje turbina eólica de 250W por Hanny Callejas [7].
10
2. Objetivos
El objetivo principal de este proyecto de grado consiste en el diseño de un prototipo de
aerogenerador de 5W de potencia nominal en condiciones atmosféricas de Bogotá, pero también
adaptable zonas rurales de Colombia. Para ser mas específicos, las condiciones atmosféricas de
Bogotá, en especial la densidad del aire afectan el redimiendo del aerogenerador, por lo que se
esperaría un mejor desempeño en caso de ser llevado a las zonas no interconectadas.
En función de el objetivo principal se puede identificar diferentes etapas en el proceso de diseño.
La primer etapa es la caracterización de diferentes motores eléctricos trabajando como
generadores, esto con el fin de encontrar el generador mas eficiente y con ciertos parámetros de
diseño necesario en términos de RPM del generador y la potencia generada (que fuera alrededor
de los 5W).
La segunda etapa es la caracterización del generador acoplado a diferentes tipos de rotores eólicos,
esto con en fin de identificar las características principales del rotor eólico necesarias, analizando
rotores a diferentes velocidades especificas entre otros parámetros.
La última etapa consiste en el diseño optimo de las aspas y elaboración del CAD del rotor eólico
con las ecuaciones de diseño adecuadas. Una vez diseñado y manufacturado el rotor, se procede a
imprimir en 3D, caracterizar el conjunto completo (generador y rotor) y desarrollar las curvas
experimentales de desempeño del mismo.
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3. Marco Teórico
Una turbina eólica es básicamente un sistema mecánico que convierte la energía cinética del viento
en energía eléctrica. Esta conversión de energía se realiza en 2 etapas principalmente: La energía
del viento, que depende de la velocidad a la que esté, es extraída a través del roto eólico y
convertido en energía rotacional; después la energía rotacional es convertida en energía eléctrica
a través de un generador eléctrico.
3.1 Ley de Lenz y Faraday
Como se dijo anteriormente, una de los componentes principales en un aerogenerador es el
generador eléctrico. Un generador es un mecanismo que convierte potencia rotacional en potencia
eléctrica. La eficiencia de un generador se ve descrita por:
𝜂 =𝑉𝐼𝑇𝜔 [1]
El principio de funcionamiento de un generador, o en su caso, motor eléctrico se basa en 2 leyes:
La primera es la ley de Faraday que explica la generación de corriente eléctrica a través de un
cable. Según la ley de Faraday es posible generar un flujo de corriente inducido a un conductor
con una intensidad o magnitud proporcional a los cambios en la intensidad de un campo
electromagnético [9].
𝐼 𝑑𝑙 =𝑑𝑑𝑡 𝐵 𝑑𝐴 [2]
La segunda ley es la ley de Lorentz, que indica la existencia de una fuerza proporcional tanto a la
corriente eléctrica como al campo magnético en contacto y es perpendicular a ambas [9].
𝐹 = 𝐼 𝑑𝑙 × 𝐵 [3]
Estas 2 leyes aplican también a la inversa y por lo tanto es posible explicar la generación de
electricidad. Al agregar una fuerza rotacional cerca a imanes con un campo magnético establecido
12
se produce una corriente inducida, además esta corriente tendrá mayor diferencial de voltaje y
corriente debido a la magnitud del torque que entre al generador.
3.2 Generadores y motores eléctricos
El aerogenerador a diseñar utilizara motores eléctricos de baja potencia nominal. Una forma de
clasificar los motores eléctricos es por medio de la corriente de alimentación: corriente alterna y
corriente directa. Los motores de corriente alterna (AC) se clasifican en motores sincrónicos y
asincrónicos. Los motores sincrónicos son aquellos que no poseen deslizamiento y su velocidad
de rotación depende de la frecuencia eléctrica; los motores asincrónicos por su parte tienen cierto
desfase en su velocidad de rotación que depende de la frecuencia eléctrica. Por otro lado, los
motores de corriente directa (DC) se dividen principalmente en motores homopolares y
conmutadores. Los primeros son aquellos motores que producen movimiento del rotor a través de
una corriente que interactúa con el campo magnético de un imán; los segundos son motores que
trabajan con un conmutador (elemento electrónico que permite el cambio de dirección en la
corriente y mantiene el torque constante). A continuación se presenta una grafica con la
clasificación de motores anterior:
Figura 4. Clasificación de motores eléctricos por tipo de corriente (Alterna o continua) [9].
13
3.3 Rotores eólicos
Ahora es el turno de las turbinas eólicas. Estos sistemas son clasificados en 2 grupos según su eje
de rotación: Los rotores de eje horizontal y los rotores de eje vertical. El primer grupo se
caracteriza, como su nombre lo indica, porque el eje de transmisión de potencia esta en posición
paralela al viento incidente. Estos equipos basan su principio de operación en la fuerza de
sustentación presente en las aspas. Por otro lado, el segundo grupo se caracteriza extraer de energía
con un eje de trasmisión vertical y perpendicular al viento incidente y se caracterizan por funcionar
gracias a las fuerzas de arrastre de las aspas [8].
Figura 5. Clasificación de turbinas eólicas: Horizontales y verticales [10].
A su vez, ambos grupos se subdividen en rotores con gran número de aspas (para velocidades de
rotación bajas) y bajo número de aspas (para velocidades de rotación altas). Para el caso de este
proyecto se realizara el diseño de un rotor de eje horizontal.
3.4 Teoría momentum Axial y Teoría Elemento del aspa
Para entender el funcionamiento de un rotor eólico primero es necesario hablar de algunos
principios teóricos. El primer principio que se explicara de manera breve es la Teoría del
momentum axial que fue propuesta por primera vez por Rankine en 1865. Se plantea un disco
actuador con un numero de palas infinitas en una corriente de flujo de velocidad únicamente axial.
Este disco actuador ideal, trabajando como turbina eólica, le extrae momentum y energía a la
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corriente de aire que pasa a través de él. La corriente de aire tiene en consecuencia una caída de
presión y velocidad y por lo tanto el área de la corriente debe expandirse para que se cumpla la ley
de conservación de masa [8].
Figura 6. A la izquierda representación del disco actuador frente a líneas de corriente. A la derecha, grafica de velocidad
y presión con respecto a la distancia del disco [11].
Tomando como velocidad 𝑈% la velocidad del aire no perturbada antes del disco actuador y 𝑢5 la
velocidad del aire aguas abajo se pueden deducir varias ecuaciones importantes. Primero la
velocidad del disco es igual a:
𝑢 = 𝑈% + 𝑢6
2 [4]
Además la potencia extraída puede ser expresada como:
𝑃 =12 𝜌𝐴 𝑈%6 − 𝑢66 𝑢 [5]
Así pues, derivando la ecuación de potencia con respecto a la velocidad, la máxima potencia
extraída será igual a:
𝑃 =1627
12 𝜌𝐴𝑈%
T [6]
El factor anterior (16/27) se conoce como limite teórico de Betz, este es el máximo de energía que
puede extraer un disco actuador ya que el viento debe continuar fluyendo y por lo tanto necesita
cierta energía restante.
15
El segundo principio es la teoría del elemento del aspa. Esta teoría utiliza 2 suposiciones para
analizar los aerogeneradores. La primera es que, al igual que la teoría del momentum lineal, el
flujo se asume en un tubo de corriente que pasa a través del área disponible. Además, no existirá
ninguna interferencia entre elementos infinitesimales de la aspa adyacentes (anillos) a un radio
𝑑𝑟 cualquiera a lo largo de la envergadura de la aspa. La segunda suposición es asumir que una
distribución de presión a lo largo de los elementos adyacentes de espesor infinitesimal (dr) se
comportan de igual manera que un perfil bi-dimensional.
De esta manera, la distribución de fuerzas de un elemento en dr pueden ser calculadas a través de
las características de un perfil bi-dimensional con características como la longitud de cuerda (c),
coeficientes aerodinámicos (𝐶9 y 𝐶V) y un angulo de ataque (𝛼).
Figura 7. Representación de la teoría del elemento de aspa. Se analizan elementos de longitud infinitesimal dr que se
asemejan a un perfil bidimensional [12]. [11]
3.5 Números adimensionales
Para cuantificar el rendimiento aerodinámico de los rotores eólicos se utilizan parámetros o
números adimensionales. Los principales números utilizados son: El coeficiente de rendimiento
(𝐶3); el coeficiente de momento-par (𝐶Z); y la velocidad especifica (𝜆).
𝐶\ =\]^_`ab_`cdefc
gh [7] 𝐶Z =
Zcdefc
dhi 𝜆 = ji
f [8]
El coeficiente de rendimiento (Cp) relaciona la potencia disponible del viento con la potencia
eléctrica generada por el equipo. El coeficiente de momento par (Ct) relaciona el momentum
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disponible en el viento con el torque extraído por el aerogenerador y por ultimo, la velocidad
especifica relación la velocidad en la punta de la hélice con la velocidad del viento disponible.
Por ultimo, se introducirá un ultimo numero adimensional, referente a la eficiencia con la que se
compara los rotores eólicos en este proyecto. Esta eficiencia es una combinación entre el
coeficiente de rendimiento y la eficiencia de un generador eléctrico.
La eficiencia total de todo el prototipo de aerogenerador será igual entonces a:
𝜂8<879 =𝑃)9)*8lm*712 𝜌𝑉5
T𝐴 [9]
que es igual a la combinación de las ecuaciónes [1] y [7]:
𝜂8<879 =𝑇𝜔
12𝜌𝑉5
T𝐴∗𝑉𝐼𝑇𝜔
𝜂8<879 = 𝐶3 ∗ 𝜂 [10]
3.6 Ecuaciones de diseño del rotor eólico
De las teorías de momentum axial y teoría del elemento del aspa es posible deducir las ecuaciones
simplificadas para el diseño de rotores de eje horizontal principales:
𝜑 =23 arctan
𝑅𝜆𝑟 [11]
𝛽 = 𝜑 − 𝛼 [12]
𝐶9wxyb]w
𝐵𝑐(𝑟)2𝜋𝑟 = 4 1 − cos𝜑 [13]
Con estas ecuaciones de diseño se calculara la distribución de cuerda a lo largo de una aspa. Las
ecuaciones están en función de la velocidad especifica (𝜆) de diseño, el radio del aspa (R) y los
valores de 𝐶9wxyb]wy 𝐶V con su respectivo 𝛼 constantes a lo largo de la envergadura que dependen
del perfil aerodinámico bi-dimensional.
17
Al tener presente las fuerzas de arrastre que se generan en el aspa, las características geométricas
de un rotor difieren un poco. Además, el rendimiento aerodinámico de una hélice se ve
fuertemente influenciado por la inclusión del arrastre. Para tener en cuenta estas fuerzas es
necesario introducir un factor de reducción (F), un factor de inducción axial (a) y un factor de
inducción tangencial (a’).
Para encontrar los factores de inducción axial y tangencial es necesario resolver 2 ecuaciones
simultaneas:
𝐶9𝐶V
=𝜆l(𝑎� + 𝑎)
𝑎 1 − 𝑎 − 𝜆l6𝑎�(1 + 𝑎�)
𝑑𝑎′𝑑𝑎 =
𝑎�
1 − 𝑎
Donde 𝜆l es el valor de multiplicar la velocidad especifica de diseño con la estación radial li. Por
otro lado, para encontrar el factor de reducción (F):
𝑓 =𝐵2
1 − 𝑟𝑅𝑟𝑅 sin𝜑
[14]
𝐹 =2𝜋 𝑎𝑟𝑐𝑜𝑠 𝑒
�� [15]
Por ultimo estos valores de factor de reducción y factor de inducción axial y tangencial se
introducen en la ecuación de distribución de cuerda de la sección anterior y generan una nueva
ecuación teniendo en cuenta las fuerzas de arrastre:
𝐶9wxyb]w
𝐵𝑐(𝑟)2𝜋𝑟 =
4𝑎𝐹(1 − 𝑎𝐹)1 − 𝑎 6
sin6 𝜑cos𝜑
1
1 + 𝐶V𝐶9tan𝜑
[16]
Con esto es posible cambiar un poco la distribución de cuerda comparado al diseño simplificado
y además es posible encontrar un valor de distribución de cuerda para la punta del aspa.
18
4. Generador Eléctrico
Debido a que el aerogenerador va a ser diseñado para bajas magnitudes de potencia,
específicamente 5W, la manufactura de un motor tan pequeño es complicada y ardua. Por lo
tanto, es mas viable utilizar un motor eléctrico disponible en la industria Colombiana y hacerlo
trabajar como generador. El primer objetivo del proyecto de grado es caracterizar los diferentes
tipos de motores disponible y encontrar el mas adecuado para la tarea de aerogeneración. En
este sentido, el motor que se busca debe generar la mayor cantidad de potencia posible, con un
torque de arranque lo mas bajo posible, en un rango aproximado de 300 a 1000 rpm el cual
será la velocidad a la cual trabajara el generador con un rotor acoplado:
Símbolo Variable Valor Esperado
𝑃) Potencia Eléctrica 5W
𝜔 Velocidad angular 1000 RPM
𝑇m� Torque de entrada 0.1 N*m Tabla 1. Variables esperadas del generador eléctrico.
4.1 Montaje de caracterización
A continuación se presentara el montaje utilizado para la medición de variables de los motores.
Para poder caracterizar un motor como generador es necesario: 2 motores del mismo tipo, uno
funcionando como motor y el otro funcionando como generador; 2 acople para unir los 2
motores al eje, una fuente de voltaje para alimentar uno de los motores y un multímetro y pinza
amperimetrica para la medición de voltaje y corriente de salida. El resultado del montaje se
mostrara a continuación:
Figura 8. Izquierda, representación del montaje en inventor. Derecha, foto del montaje final.
19
Entre los equipos utilizados para la medición de variables se encuentran: un multímetro fluke
115 para la medición de voltaje, un tacómetro TachIR RPM10 para la medición de velocidad
angular y una pinza amperimétrica fluke 324 para la medición de corriente.
De todos los motores disponibles en el mercado de Bogotá, solo 3 fueron preseleccionados y
posteriormente caracterizados. A continuación se presentan los 3 motores:
Figura 9. Izquierda, Motor brushless. Centro, Moto-‐reductor. Derecha, motor de escobillas
4.2 Motor Brushless El primer motor caracterizado fue el motor brushless (sin escobillas) de imanes permanentes.
La denominación de estos motores se vasa en los 𝒌𝒗 que proporciona. Esta referencia significa
el numero de revoluciones por minuto (RPM) por voltio suministrado a la cual gira el motor.
Estos motores pueden trabajar desde 100 hasta 3000 kv. La principal aplicación de estos
motores son los drones.
Para controlar uno de estos motores es necesario un E.S.C o Electronic Speed Controller, con
el cual se suministra la corriente y por lo tanto la velocidad de rotación del motor. Además de
la E.S.C es necesario un sistema controlador que le permita suministrar el voltaje deseado por
el operador. Uno de los sistemas mas utilizados es el Maestro USB servo controller.
Las referencias de los motores y otros aparatos operados son las siguientes:
Motor Generador
Referencia A2212 10T 1400Kv A2212 13T 1000kv
E.S.C 30 Ah 30 Ah
Batería Fuente de voltaje variable 7-12 V y corriente de 3-10 A Tabla 2. Datos de referencia de motores brushless y E.S.C.
A continuación se presenta los resultados de la medición del motor con respecto a los valores
de potencia eléctrica:
20
Figura 10. Grafica de Potencia motor brushless sin puente rectificador
El primer problema que se encontró con este motor es que si bien los datos de potencia están en el
rango deseado, el motor brushless es un motor AC y por lo tanto tiene 3 terminales de salida. Esto
significa que es un necesario un inversor para convertir corriente AC a DC para poder cumplir
objetivos como prender aparatos electrónicos de baja potencia que principalmente funcionan con
corriente DC. Debido a que no hay inversores comerciales de baja potencia, la solución tomada
fue realizar un circuito de salida para transformar la corriente. Se utilizo entonces un puente
rectificador como el siguiente:
Figura 11. Izquierda, puente rectificador de tres fases AC a DC. Derecha, señal de corriente resultante antes y después
del puente [13].
Después de convertir la corriente a DC se tomo datos de voltaje y corriente de nuevo, variando el
valor de una resistencia conectada a la salida del generador. A continuación se presenta los
resultados:
0
1
2
3
4
5
6
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Potencia [W
]
Velocidad angular [rpm]
Potencia vs Velocidad Angular
21
Figura 12. Grafica voltaje contra velocidad angular motor brushless con puente rectificador.
Figura 13. Grafica potencia eléctrica contra velocidad angular motor brushless con puente rectificador.
Como se puede ver de las graficas, la corriente generada y por lo tanto la potencia bajan
drásticamente con la adición del puente rectificador de diodos. Además, la velocidad de rotación
de este generador es bastante alta comparada a los requerimientos, por lo tanto se probará otros
tipos de motores.
4.2 Moto-reductor
El segundo motor a caracterizar es un motor DC, de clasificación conmutador con imanes
permanentes. Lo que diferencia a estos motores es tener imanes en vez de embobinado en el rotor.
Se llama además moto-reductor porque tiene acoplado una pequeña caja de cabios compuesta por
engranajes de anillo y engranajes planetarios.
00.51
1.52
2.53
3.54
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Volta
je (V)
Velocidad angular (RPM)
Voltaje vs RPM
10 Ohms
Cortocircutos
5 Ohms
46 Ohms
00.020.040.060.080.1
0.120.14
0 1000 2000 3000 4000 5000
Potencia (W
)
Velocidad angular (RPM)
Potencia vs RPM
10 ohms
5 Ohms
46 Ohms
22
Se presentan las graficas encontradas en base a los datos experimentales del moto-reductor:
Figura 14. Grafica voltaje contra velocidad angular moto-‐reductor.
Figura 15. Grafica potencia eléctrica contra velocidad angular moto-‐reductor.
Los resultados son buenos en términos de potencia eléctrica generada. Sin embargo, este motor no
fue seleccionado debido a que, con la presencia de la caja reductora, el motor tiene un torque de
arranque bastante alto, de alrededor de 0.5 Nm (según el catalogo del motor). Este valor puede
dificultar la generación de energía debido a que se necesitarían velocidades bastante altas para que
el equipo empiece a rotar.
4.3 Motor escobillas
0
5
10
15
20
0 100 200 300 400 500 600 700
Volta
je (V
)
RPM
Voltaje vs RPM
Cortocircuito
5 Ohms
50 Ohms
10 Ohms
216 Ohms
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 100 200 300 400 500 600 700
Potencia (W
)
RPM
Potencia vs RPM
5 ohms
50 Ohms
10 Ohms
216 Ohms
23
El ultimo motor a probar es un motor DC, conmutador de imanes permanentes igual al anterior.
Se seleccionó este tipo de motor porque tiene un amplio rango de velocidad angular. Una de las
aplicaciones de este motor son carros de control remoto. El montaje para caracterizar este motor
es el mismo que los anteriores.
A continuación se presentan los resultados de los datos experimentales:
Figura 16. Grafica voltaje contra velocidad angular motor de escobillas.
Figura 17. Grafica potencia eléctrica contra velocidad angular motor de escobillas.
Como se puede ver el ultimo motor no tiene la suficiente potencia generada como los 2 motores
anteriores pero su torque de arranque según catalogo es bajo comparado a los anteriores lo cual es
una cualidad importante.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 200 400 600 800 1000
Volta
je (V
)
RPM
Voltaje vs RPM
5 Ohms
10 Ohms
50 Ohms
210 Ohms
Cortocircuito
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0 200 400 600 800 1000
Potencia Electric
a (W)
RPM
Potencia Electrica vs RPM
5 Ohms
10 Ohms
50 Ohms
210 Ohms
24
4.4 Análisis y Comparación
A continuación se presentan los resultados de los 3 motores:
Motor Brushless Moto-‐reductor Imanes Permanentes
𝑷𝒆 𝒎𝒂𝒙𝒊𝒎𝒂 [W] 0.13 1.1 0.02
𝝎 a potencia máxima [RPM] 5000 460 781
Resistencia a potencia máxima [Ohms] 10 50 5
𝝎𝒂𝒓𝒓𝒂𝒏𝒒𝒖𝒆 [RPM] 2300 203 492
𝑻𝒂𝒓𝒓𝒂𝒏𝒒𝒖𝒆 [N*m]1 − 0.6 0.1
Tabla 3. Resultados caracterización de los 3 diferentes tipos de motores.2
De la tabla anterior podemos comparar los diferentes motores en términos de potencia máxima,
resistencia mas eficiente a la que trabajan los motores, velocidad angular de arranque y torque de
arranque. Después analizar los resultados el motor seleccionado para pasar a la siguiente fase es el
motor de imanes permanentes. El motor brushless fue descartado, ya que si bien tiene una buena
generación de energía, su velocidad angular de arranque es muy alto para lo cual se necesitaría
altas velocidades de viento. Estas velocidades de viento no son reales para bajas alturas sobre el
nivel de la tierra y además es posible que las aspas del rotor eólico no puedan resistir velocidades
tan altas sin afectar su integridad y funcionamiento. Por otro lado, el moto-reductor es la mejor
opción en términos de generación de energía y su velocidad de arranque no es muy alto; sin
embargo, su torque de arranque es muy superior a los otros 2, de nuevo esto significaría que es
necesario altas velocidades de viento para su funcionamiento lo cual no es optimo para la tarea de
aerogeneración. Por lo tanto, la única opción disponible es el motor de escobilla que si bien no
genera tanta potencia eléctrica, cumple con todas las características para acoplarlo al rotor eólico
bajo torque de arranque y baja velocidad de arranque. En anexos se encuentra el datasheet del
motor seleccionado para las siguientes etapas.
1 Torque de arranque según catalogo
25
5. Rotor Eólico 5.1 Caracterización de rotores
El siguiente paso para el diseño del prototipo es analizar diferentes tipos de rotores eólicos con el
fin de encontrar las mejores características para la función de producir la máxima cantidad de
potencia eléctrica. Para cuantificar la diferencia entre los rotores eólicos se utilizaran las
ecuaciones de velocidad especifica [8] y eficiencia total [9] presentes en la sección de números
adimensionales.
Según la teoría, en términos de velocidad especifica, entre mayor sea esta mayor es la eficiencia
para funciones de generación de electricidad. Esto se representa en una grafica que demuestra el
rendimiento real de los rotores eólicas.
Figura 18. Grafica Cp contra velocidad especifica teórica. Las curvas enumeradas son el comportamiento de diferentes
rotores experimentales. [8]
Según la grafica, es necesario buscar un alto numero de velocidad especifica para mayor
generación de energía. Esta hipótesis será contrastada comparando el rendimiento de rotores
eólicos con diferente numero específicos acoplados al mismo motor de imanes permanentes
seleccionado en la etapa anterior.
Los rotores caracterizados son los siguientes, se presenta también las características principales
de cada uno de ellos:
26
Figura 19. Los 3 tipos diferentes de rotores caracterizados. Nombrados de izquierda a derecha: rotor1, rotor2 y rotor3.
Tipo Rotor 1 Rotor 2 Rotor 3
Material Polímero Polímero Madera
R [m] 0.15 0.14 0.16
𝝀 4 3 1
𝜼 14 12 4
𝑷𝒆𝒍𝒆𝒄𝒕𝒓𝒊𝒄𝒂 [W] 2.2 1 0.6
𝑽 𝜼 [𝒎/𝒔] 7.9 6.9 7.4
Tabla 4. Resultados caracterización de los 3 tipos de rotores eólicos.
Los equipos utilizados para caracterizar los rotes son varios. Para la medición corriente, voltaje y
velocidad angular se utilizaron los mismo equipos anteriores. un multímetro fluke 115 un
tacómetro TachIR y una pinza amperimétrica fluke 324. Para medir la velocidad de viento se
utilizo un tubo pitot. Por ultimo, la medición de densidad, temperatura, presión estática y dinámica
fueron tomados en el sitio con el instrumento Vaisala GM70. Las magnitudes de las anteriores
variables fueron: 𝜌 = 0.89 𝑘𝑔/𝑚T y 𝑇 = 19.7℃ .Todos los rotores fueron conectados a un
bombillo LED de 1W de potencia y resistencia cercana a los 5 Ohms a la cual se desempeña mejor
el generador eléctrico.
5.2 Análisis y comparación Después de medir las variables anteriores, es posible calcular la velocidad especifica y la
eficiencia de los 3 rotores. El resultado es el siguiente:
27
Figura 20. Grafica eficiencia total del sistema contra velocidad especifica para los 3 rotores diferentes.
Figura 21. Grafica de potencia eléctrica contra velocidad del viento para los 3 rotores diferentes.
De la anterior grafica podemos analizar varios puntos: En primer lugar, como era de esperarse,
entre mayor numero de velocidad especifica mayor eficiencia del equipo. Por otro lado, la
eficiencia global del sistema es bastante baja, la razón supuesta para este resultado es debido al
generador el cual no es tan eficiente a velocidades de rotación trabajadas y por lo tanto afecta el
rendimiento total. Por ultimo, al comparar la hélice 2 y hélice de madera, podemos ver que mayor
número de palas significa menor generación de potencia eléctrica. Por lo tanto, para tratar de
aprovechar al máximo la energía del viento, se seleccionara una velocidad específica alta, en este
caso con un valor alrededor de 4 y un bajo numero de palas.
0.0%
0.5%
1.0%
1.5%
2.0%
2.5%
3.0%
0 1 2 3 4 5
η
λ
η vs λ
Helice1
Helice2
HeliceMadera
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0
Potencia Electric
a (W)
Velocidad del viento (m/s)
Potencia electrica vs velocidad del viento
Helice1
Helice 2
Helice madera
28
6. Prototipo Final
6.1 Variables de diseño
La ultima etapa es el diseño de las aspas. Se utilizo la metodología de rotores eólicos de Pinilla
[8], donde se utilizan ciertos parámetros para encontrar la distribución de cuerda c y el ángulo de
calaje 𝛽 óptimos para las condiciones de trabajo del aerogenerador. En la siguiente tabla se
presentan los parámetros de entrada para el proceso de diseño.
Parámetros del rotor
λ 4
B 4
R [mm] 150
U [m/s] 8
Parámetros perfil
aerodinámico
𝑪𝒍𝒐𝒑𝒕𝒊𝒎𝒐 0.66
𝑪𝒍𝑪𝒅 𝒎𝒂𝒙𝒊𝒎𝒐
17.84
𝜶𝒐𝒑𝒕𝒊𝒎𝒐 4.8
Condiciones atmosféricas
𝝆 𝒌𝒈𝒎𝟑 0.88
𝝁 [𝑷𝒂 ∗ 𝒔] 1.7𝑥10� Tabla 5. Variables de entrada para el diseño del aspa.
La primera característica definida es la velocidad especifica (λ), de la cual se selecciono el valor
de 4 para poder comparar los resultados de la turbina final con el rotor 1 que es el mas eficiente de
la sección anterior (también tenia una velocidad especifica alrededor de 4). El segundo parámetro
se definió después de un proceso iterativo donde se buscaba que la cuerda del aspa no fuera
demasiado gruesa, pero también teniendo en cuenta que para este valor se utilizan un numero de
aspas bajo. La decisión del numero final de palas esta influenciada en una tabla que relaciona este
numero adimensional con el numero de aspas B correspondiente:
29
𝛌 Numero de palas
1 6-‐20
2 4-‐12
3 3-‐6
4 2-‐4
5-‐8 2-‐3
8-‐15 1-‐2
Tabla 6. Tabla de relación entre el numero de palas y la velocidad especifica. [14]
El tercer parámetro fue seleccionado bajo criterio del ingeniero, se selecciono un radio de 15 cm
con el fin de poder medir el prototipo final en el túnel de viento. La velocidad de viento se
selecciono teniendo en cuenta las velocidades disponibles cerca de la superficie en Colombia.
Los parámetros de perfil aerodinámicos se seleccionaron con base a una placa curvada
experimental del profesor Pinilla especifica para bajos números de Reynolds:
Perfil 𝑪𝒍𝑪𝒅 𝒎𝒂𝒙𝒊𝒎𝒐
Relación de aspecto Re Cl Cd Perfil
Placa curvada 17.84 5 4000 0.66 0.037
Tabla 7. Características perfil aerodinámico de bajo numero de Reynolds.
6.2 CAD del aspas
A partir de estas características, es posible encontrar la distribución de cuerda y ángulo de calaje
gracias a las ecuaciones de diseño [11], [12], [13], [14], [15] y [16]:
30
Figura 22. Distribución de cuerda a lo largo del radio del aspa de diseño.
Figura 23. Cambio del ángulo beta a lo largo del radio del aspa diseñada.
Con estos resultados es posible realizar el CAD del aspa en el programa Autodesk Inventor 2018.
Para poder realizarlo es necesario dividir el aspa en diferentes estaciones radiales (para este caso
20) y en cada estación dibujar el perfil aerodinámico teniendo en cuenta el cambio de la cuerda c
y de 𝛽. Las dimensiones finales del aspa se encuentran en los anexos. El resultado es el siguiente:
Figura 24. Izquierda, diseño del CAD del aspa. Derecha, dirección de movimiento del aspa.
-‐20.00
-‐10.00
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Cuerda (m
m)
R (mm)
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
0 20 40 60 80 100 120 140 160
β (Grado
s)
R (mm)
31
6.3 Impresión y Manufactura
El siguiente paso es imprimir el resultado final de las aspas en 3D, así como un acople que las
conecte al motor. La impresor utilizada para la impresión es de referencia Eden 260V y el material
de impresión es un polímero especial llamado VeroBlue. El resultado de impresión es la siguiente:
Figura 25. Izquierda, impresora Eden260V. Derecha, resultado final impresión de las aspas
El prototipo final se compone de: tubos de PVC para la estructura, una base de madera para fijar
con tornillos al suelo, el motor eléctrico, un acople para conectar al rotor eólico y una nariz. En los
anexos se presenta un explosionado del prototipo con un listado de todas su partes.
Figura 26. Izquierda, prototipo en inventor. Derecha, prototipo final del rotor diseñado.
Por ultimo se procede a medir y caracterizar el prototipo en el túnel de viento. Las graficas de
rendimiento se presentan a continuación:
32
Figura 27. Grafica eficiencia total contra velocidad especifica. Se compara el rotor diseñado y el rotor1 de la sección
anterior.
Figura 28. Grafica de potencia electrica contra velocidad de viento para rotor diseñado y rotor1 de la sección anterior.
En las anteriores graficas se presenta también el comportamiento del rotor 1 de la anterior sección
la cual tuvo el mejor desempeño. Se espera entonces que el rotor diseñado sea mas eficiente que
el rotor anterior, sin embargo el comportamiento de los 2 es muy parecido. La diferencia principal
de los dos rotores es el rango de velocidades de trabajo, el rotor 1 trabajo en un rango de
velocidades mas alto debido al material de manufactura y por el uso de una resina especial que le
permite tener mayor flexibilidad. Aun así el comportamiento es muy parecido, como punto de
referencia se tiene una potencia eléctrica cercana a los 0.33 W a velocidad de 7.9 m/s para los dos
rotores y el rango de eficiencia global del rotor 2 es alrededor del 2% mientras que el rango del
rotor 1 es mas amplio con valores entre 1.1 y 2.4%. Se puede concluir entonces, que aunque no
0.00%
0.50%
1.00%
1.50%
2.00%
2.50%
3.00%
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
η
λ
η vs Lamba
RotorDiseñado
Rotor1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0
Pe (W
)
Velocidad del Viento (m/s)
Potencia Electrica Vs Velocidad del viento
RotorDiseñado
Rotor1
33
hubo aumento de la eficiencia, el proceso de diseño es optimo y el rendimiento de las aspas están
sujetas entonces a valores de eficiencias del 2% para las características de funcionamiento
seleccionadas.
34
7. Conclusiones y Recomendaciones
7.1 Conclusiones
Las conclusiones principales que se pueden resaltar con el diseño del prototipo de aerogenerador
son: Para empezar, la eficiencia o rendimiento del aerogenerador dependen tanto del generador
como del rotor eólico. Para una velocidad de rotación baja (alrededor de las 1000 rpm) la eficiencia
de la turbina también será baja con un valor de 2%. Por esta razón también es posible concluir
que la oferta de motores eléctricos de baja potencia en Bogotá no es practica para el diseño de
aerogeneradores. Por otro lado, la eficiencia total no se aumentar aun mas en función de las aspas
debido a que el diseño de las aspas del rotor se realizaron bajo ecuaciones teóricas para optimizar
su rendimiento teniendo en cuenta las perdidas por las fuerzas de arrastre. Por ultimo, una
conclusión importante de los rotores eólicos es que mayor numero de velocidad específica significa
menor numero de palas y a su vez mayor generación de potencia eléctrica.
7.2 Recomendaciones y trabajos futuros
Este proyecto de grado posee múltiples variables que pueden afectar el desempeño de los rotores.
Si se desea continuar con las mismos parámetros de diseño del rotor se recomienda, en primer
lugar probar con otro tipos de generadores o incluso el diseño de una caja de cambios acoplada al
motor. Es posible también utilizar motores eléctricos de mayor capacidad que puedan ser mas
eficientes. En segundo lugar, se recomienda el uso de una resina especial para la impresión en 3D
de las aspas esto con el fin de aumentar su flexibilidad, resistencia y poder alcanzar mayores
velocidades de viento.
También se recomienda la posibilidad trabajar con un rotor eólico en un rango diferente de
velocidad especifica. Ya sea una velocidad mucho mayor (10-20) o un rango mas bajo y ver el
impacto en el rendimiento del equipo. Por ultimo, es posible diseñar un rotor con cuerda curvada
para analizar el comportamiento final del equipo.
35
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https://www.elespectador.com/economia/en-‐penumbras-‐25-‐millones-‐de-‐colombianos-‐no-‐tienen-‐energia-‐electrica-‐articulo-‐706892. [Último acceso: Diciembre 2018].
[2] «El Dinero,» 2016. [En línea]. Available: https://www.dinero.com/edicion-‐impresa/negocios/articulo/bajos-‐precios-‐de-‐bolsos-‐importados-‐golpean-‐a-‐marroquineros/266158. [Último acceso: Diciembre 2018].
[3] «Datos Abiertos. Gobierno Digital Colombiano,» 2017. [En línea]. Available: https://www.datos.gov.co/Minas-‐y-‐Energ-‐a/Mapa-‐de-‐Localidades-‐ZNI-‐Telemetr-‐a-‐Septiembre-‐2017/n27t-‐fqjz. . [Último acceso: 10 12 2018].
[4] Upme, «INFORME MENSUAL DE VARIABLES DE GENERACION Y DEL MERCADO ELECTRICO COLOMBIANO,» Bogota, 2018.
[5] Upme y Ideam, «Atlas de viento de colombia,» Imprenta Nacional de Colombia, Bogota, 2017.
[6] WWEA, «Wind power capacity reaches 539 GW, 52,6 GW added in 2017,» 2017. [En línea]. Available: https://wwindea.org/blog/2018/02/12/2017-‐statistics/. [Último acceso: Diciembre 2018].
[7] H. Callejas, «Diseño y construccion de un prototipo de laboratorio de aerogenerador de baja potencia,» 2013.
[8] A. Pinilla, «Notas del curso electivo aerodinamica basica,» Bogota, 2018. [9] J. C. Castaño, «Laboratorio Motor Electrico,» Bogota, 2017. [10] L. A. Soriano, «Modelacion de aerogenerador con compensacion difusa». [11] P. State, «The actuator disk model,» [En línea]. Available: https://www.e-‐
education.psu.edu/aersp583/node/470. [Último acceso: Diciembre 2018]. [12] S. Bianchi, A. Bianchini y G. Ferrara, «Small Wind Turbines in the Built Environment:
Influence of Flow Inclination on the Potential Energy Yield,» ASME, 2018. [13] «Electronical Engineering,» [En línea]. Available:
https://electronics.stackexchange.com/questions/12453/if-‐a-‐standard-‐three-‐phase-‐400v-‐ac-‐connection-‐is-‐rectified-‐what-‐dc-‐voltage-‐comes. [Último acceso: Diciembre 2018].
[14] Lynsen, «Coupling a generator to a wind rotor,» de Introduction to Wind Energy, p. 331. [15] Burton, Wind Energy Handbook, Penn State: John Wiley & Sons, 2015. [16] A. B. G. F. Serena Bianchi, «Small Wind Turbines in the Built Environment: Influence of
Flow Inclination on the Potential Energy Yield,» ASME, 2018. [17] «Robotstorehk,» [En línea]. Available: http://www.robotstorehk.com/. [Último acceso:
Diciembre 2018].
36
Anexos
Ilustración 1. Datasheet motor eléctrico seleccionado para trabajar como generador. [14]
37
Ilustración 2. Plano dimensiones aspa final.
38
Ilustración 3. Plano explosionado del prototipo con todas sus partes.
