turbinas wells

Generación de Energía Eléctrica a través de una Turbina Wells para
dispositivos portátiles.
Alfredo Santa U. Ingeniero Mecánico Universidad EAFIT, Colombia.
Alvaro E. Pinilla. Profesor Titular.
Departamento de Ingeniería Mecánica Universidad de Los Andes, Bogotá-Colombia.

Resumen
El artículo describe el proceso teórico de diseño y construcción de una Turbina Wells a pequeña escala,necesaria
para producir 50_w en un generador de imanes permanentes previamente diseñado. Se presentan los resultados
preliminares encaminados a caracterizar el desempeño mecánico de la turbina a través del estudio de su
comportamiento de arranque y su eficiencia bajo flujo estable unidireccional semi-cerrado. Las mediciones incluyen la
energía neumática disponible, la velocidad axial del flujo deaire y la velocidad rotacional. El análisis de cada una de
estas variables se encuentra orientado al adecuado montaje del sistema generador turbina y a la construcción de un
dispositivo futuro para producir las condiciones de flujo oscilante (PWECS: Pneumatic Wave Energy Conversion
Systems) que permitirán el funcionamiento de la turbina.

Palabras Claves
Turbina Wells, Turbo-maquinaría,Generación de Energía, Aerodinámica, Energía de las Olas.
WR
∆po

ρ
σ
Ω

B
c
CL
CD
D
Fx
FT
h
Ι
l
L
p
P
Q
Re
R
r
T
T*

Coeficiente de torque

U*

Coeficiente de flujo

Ut
U
VEFEC
Vgeom

Velocidad inducida
Velocidad de la corriente de aire
Velocidad efectiva
Velocidad geométrica

Velocidad específica de rotación

ν

Radio de la turbina
radio, elementovariable
Torque

Aceleración angular

λ

Número de Aspas
Longitud de cuerda
Coeficiente de sustentación
Coeficiente de arrastre
Fuerza de Arrastre
Componente de fuerza axial
Componente de fuerza tangencial
Relación diámetros del cubo y del disco
Momento de inercia
Longitud cables
Fuerza de sustentación
Presión estática
Potencia
Flujo de aire
⎛ (ΩR) 2 + U 2 ⎞ ⋅ c
⎜
⎟
⎠
Número deReynolds ⎝

Peso sistema rotación
Caída de presión a través de la turbina
∆po
Coeficiente de presión
ρ ⋅ Ω2 ⋅ R 2
Angulo de ataque
Angulo de velocidad efectiva
T ⋅Ω
eficiencia
∆po ⋅ Q
densidad del aire bajo condiciones actuales
Solidez de la turbina
Velocidad angular

&
Ω

NOTACIÓN

Viscosidad cinemática del aire
Periodo de oscilación

∆po*
α
ϕo
η

τ

υ

1
U*1. INTRODUCCIÓN
T

La turbina Wells es el dispositivo aerodinámico
utilizado para extraer la energía cinética generada por
un flujo oscilante de aire; como el que se presenta al
desplazar una columna de aire por acción de las olas.
Para aprovechar esta forma de energía el rotor de la
turbina Wells consiste en un determinado número de
aspas con perfiles simétricos, distribuidos alrededorde
un cubo central. Esta característica de construcción

ρ ⋅ Ω2 ⋅ R5
U
Ω⋅R

1

induce un sólo sentido de giro en la turbina
independiente de la dirección de flujo de aire que
incida sobre ella. [Figura No. 1] (Raghunathan y
Beattie, 1996)

de aspa. (Blade Element Teory) En la Figura No. 2 se
ilustran las velocidades y las componentes de las
fuerzas que actúan sobre un elemento deaspa de la
turbina.

La turbina Wells debe extraer la energía cinética
disponible del aire sin cambios bruscos en su
velocidad de rotación; esto se refleja en una
transmisión de un movimiento rotacional uniforme
representado en potencia mecánica al eje del
generador. Las pérdidas mecánicas deben ser
mínimas para garantizar una potencia final en el
generador eléctrico de 50_w d.c.

Eldiseño aerodinámico de la turbina se encuentra
caracterizado en primera medida por el diseño que
deben tener las aspas para extraer la energía
disponible de la corriente de aire. Con la teoría de
conservación del momento angular y las fuerzas
aerodinámicas inducidas en el perfil, se obtiene la
geometría óptima de las aspas representada en la
distribución de la longitud de cuerda (c) del...