Construccion de Aerogenerador Vertical

UNIVERSIDAD DE CHILE
´
FACULTAD DE CIENCIAS F´ISICAS Y MATEMATICAS
´
DEPARTAMENTO DE INGENIER´IA ELECTRICA

Dise˜
no y Construcci´
on de un
Prototipo de Generador E´
olico de Eje
Vertical.
Juan Crist´obal Antezana Nu˜
nez
´ EXAMINADORA
COMISION

CALIFICACIONES
NOTA(n◦ )

(Letras)

FIRMA

PROFESOR GU´IA
SR. Rodrigo Palma Behnke

:

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PROFESOR CO-GU´IA
SR. Jorge Romo

:

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PROFESOR INTEGRANTE
SR. Alfredo Mu˜
noz

:

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NOTA FINAL EXAMEN DE T´ITULO

:

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MEMORIA PARA OPTAR AL T´ITULO DE
INGENIERO CIVIL ELECTRICISTA

SANTIAGO DE CHILESeptiembre 2004

RESUMEN DE LA MEMORIA
PARA OPTAR AL T´ITULO DE
INGENIERO CIVIL ELECTRICISTA
´
˜
POR: JUAN CRISTOBAL
ANTEZANA NUNEZ
FECHA; 21 de octubre de 2004
PROF. GU´IA: Sr. RODRIGO PALMA BEHNKE
“Dise˜
no y construcci´
on de un prototipo de generador e´
olico de eje vertical”
El presente trabajo consiste en el dise˜
no e implementaci´on de un prototipo de aerogenerador
deeje vertical para abastecer de energ´ıa el´ectrica a peque˜
nos consumos en zonas aisladas de
la red. Esta iniciativa surge con el prop´osito de aprovechar el recurso e´olico, pr´actica poco
habitual considerando el potencial energ´etico que posee Chile y las innumerables posibilidades
de aplicaci´on. En particular, el prototipo busca proporcionar energ´ıa a sectores aislados en
las carreterascon el prop´osito de, entre otros, iluminar sectores peligrosos, energizar sistemas
de comunicaci´on de emergencia y monitoreo, proporcionar energ´ıa a se˜
nal´etica y publicidad
vial.
Considerando el factor econ´omico como principal barrera a la explotaci´on de la energ´ıa
e´olica en Chile, se opta por seguir una l´ınea de trabajo tendiente a resolver este aspecto. Se
considera comoprincipal responsable del elevado costo de los aerogeneradores, la complejidad
estructural y la tecnolog´ıa involucrada en su dise˜
no e implementaci´on.
Dentro de las familias de aerogeneradores, la de eje vertical presenta las estructuras
m´as simples. La operaci´on de los aerogeneradores de eje vertical se basa en la diferencia
de coeficientes de arrastre entre las dos secciones expuestas alviento. Para encontrar un
buen compromiso entre eficiencia en la conversi´on energ´etica y costos, se opta por modificar
la aerodin´amica de estos aerogeneradores. Esto significa incrementar levemente el costo (aumentando la complejidad estructural) pero logrando un mejor desempe˜
no en la captaci´on
de la energ´ıa e´olica. Se busca crear un rotor con una geometr´ıa variable orientada en formaaut´onoma mediante alerones, permitiendo maximizar el arrastre en una secci´on y minimizarlo
en la otra. Como resultado se propone un nuevo dise˜
no de aerogenerador de eje vertical.
Para lograr un correcto suministro el´ectrico a trav´es de un banco de bater´ıas, se implementa un sistema de control basado en un microcontrolador capaz de manejar un elevador
de voltaje para transferir al banco debater´ıas las energ´ıas generadas que no cumplen con el
requerimiento de voltaje m´ınimo.
El prototipo desarrollado es probado en un t´
unel de viento y comparado con un producto
comercial. La eficiencia del prototipo propuesto alcanza un 12 %, valor levemente superior a lo
contemplado para este tipo de aerogenerador (10 %). Los resultados demuestran el potencial
de desarrollo pr´actico deeste tipo de aerogenerador.
El costo de los materiales involucrados es de aproximadamente de 100000 pesos no incluyendo la mano de obra ni el costo del alternador.
Las principales dificultades se presentan en la eficiencia energ´etica de los distintos elementos constituyentes implementados, tales como la caja amplificadora, el alternador y la
soluci´on estructural exigida por el t´
unel de...