137798
Páginas: 92 (22760 palabras)
Publicado: 14 de junio de 2015
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE TURBINA EÓLICA DE
EJE VERTICAL PARA GENERACIÓN A BAJA POTENCIA
OSCAR IVÁN ORDUZ BERDUGO
JULIAN EDGARDO SUÁREZ PEREZ
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERIAS FÍSICO – MECÁNICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
BUCARAMANGA
2011
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE TURBINA EÓLICA DE
EJE VERTICAL PARA GENERACIÓN A BAJA POTENCIA
OSCARIVÁN ORDUZ BERDUGO
JULIAN EDGARDO SUÁREZ PEREZ
Trabajo de Grado para optar al título de
Ingeniero Mecánico
Director
RICARDO A. JAIMES.
Ingeniero Mecánico
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERIAS FÍSICO – MECÁNICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
BUCARAMANGA
2.011
3
4
5
6
DEDICATORIA
A mis Padres, Gilberto y María Rosalba a quienes agradezco infinitamente por supaciencia, comprensión y apoyo incondicional en esta etapa de mi vida, porque
sus sabios consejos y ejemplo han sido pilares fundamentales en mi existencia.
A mis hermanos por su gran cariño y enseñanzas.
A mis amigos, y todas aquellas personas con quienes compartí gratos momentos
durante este proceso de formación personal y profesional.
Oscar Iván.
7
DEDICATORIA
A mis padres por el granesfuerzo
y colaboración que me han brindado….
A Eliana por ese apoyo por salir adelante
En mis metas……
Al señor que esta en el cielo por toda esa ayuda
Julian Suarez.
8
AGRADECIMIENTOS
Queremos expresar nuestros sinceros agradecimientos:
A Dios, por su compañía constante y por darnos la oportunidad de crecer
continuamente como personas durante este proceso de formación como
ingenieros mecánicos.
AlIngeniero Camilo Andrés Orduz, por ser ese “otro” miembro del equipo y por
inyectarnos esa maravillosa dosis de motivación, constancia y disciplina.
Al profesor Ricardo Jaimes por su colaboración y sabios aportes durante la
realización del trabajo.
Al profesor Antonio Anteliz por su colaboración en ese complejo pero interesante
terreno de las máquinas eléctricas.
Al ingeniero German Villar por suconstante colaboración e interés demostrado
durante los montajes y pruebas iniciales.
A todos nuestros compañeros, amigos y en general a todas aquellas personas
que se involucraron de manera entusiasta en el desarrollo de este trabajo.
Los autores.
9
CONTENIDO
pág.
1. INTRODUCCIÓN
22
2. MARCO TEORICO
24
2.1.
ENERGÍA EÓLICA
24
2.1.1.
Origen y perspectivas de la energía eólica
242.1.2.
Variación del viento con la altura sobre el terreno
25
2.1.3.
La potencia del viento
26
2.1.4.
Medición de la velocidad del viento
27
2.1.5.
Distribución de Weibull
28
2.1.6.
La rosa de vientos
29
2.1.7.
Vientos en Colombia
30
2.2.
TURBINAS EÓLICAS
32
2.2.1.
Turbinas eólicas de eje vertical
34
2.2.2.
Eficiencia de la conversión energética
40
2.2.3.
RENDIMIENTO DE LASMÁQUINAS EÓLICAS
43
2.3.
TURBINA EÓLICA DE EJE VERTICAL DE ÁLABE RECTO
47
2.3.1.
Funcionamiento del rotor de eje vertical de álabe recto
50
2.3.2.
Condición de carga en un rotor eólico
51
2.4.
GENERADOR ELÉCTRICO DE IMANES PERMANENTES
52
2.4.1.
Tipos de P.M.A (Alternador de imanes permanentes)
52
2.4.2.
Circuito Rectificador Básico
55
3. EVALUACIÓN DEL RECURSO EÓLICO DISPONIBLE3.1.
MEDICIONES PRELIMINARES
58
58
3.2. CÁLCULO Y TRATAMIENTO DE LOS DATOS EÓLICOS
59
3.2.1. Estadística de los datos eólicos
59
3.2.2. Distribución de Weibull
62
10
3.2.3. La rosa de vientos
66
4. DESARROLLO DEL PROTOTIPO
68
4.1. CONSIDERACIONES DE DISEÑO
68
4.2. DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD NOMINAL DEL VIENTO
69
4.3. CALCULO DE LA POTENCIA NOMINAL
69
4.4. DIMENSIONAMIENTODEL ROTOR
71
4.4.1. Parámetros de diseño
73
4.4.2. Cálculo de la cuerda y el diámetro del rotor
77
4.4.3. Selección del perfil aerodinámico
78
4.5. CONSIDERACIONES AERODINÁMICAS
81
4.6. DISEÑO DEL GENERADOR
90
5. DISEÑO DE DETALLE Y CONSTRUCCIÓN
101
5.1. ROTOR
102
5.1.1. Eje
102
5.1.2. Brazos
105
5.1.3. Discos de Soporte
108
5.1.4. Selección de Rodamientos
109
5.1.5....
EJE VERTICAL PARA GENERACIÓN A BAJA POTENCIA
OSCAR IVÁN ORDUZ BERDUGO
JULIAN EDGARDO SUÁREZ PEREZ
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERIAS FÍSICO – MECÁNICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
BUCARAMANGA
2011
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE TURBINA EÓLICA DE
EJE VERTICAL PARA GENERACIÓN A BAJA POTENCIA
OSCARIVÁN ORDUZ BERDUGO
JULIAN EDGARDO SUÁREZ PEREZ
Trabajo de Grado para optar al título de
Ingeniero Mecánico
Director
RICARDO A. JAIMES.
Ingeniero Mecánico
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERIAS FÍSICO – MECÁNICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
BUCARAMANGA
2.011
3
4
5
6
DEDICATORIA
A mis Padres, Gilberto y María Rosalba a quienes agradezco infinitamente por supaciencia, comprensión y apoyo incondicional en esta etapa de mi vida, porque
sus sabios consejos y ejemplo han sido pilares fundamentales en mi existencia.
A mis hermanos por su gran cariño y enseñanzas.
A mis amigos, y todas aquellas personas con quienes compartí gratos momentos
durante este proceso de formación personal y profesional.
Oscar Iván.
7
DEDICATORIA
A mis padres por el granesfuerzo
y colaboración que me han brindado….
A Eliana por ese apoyo por salir adelante
En mis metas……
Al señor que esta en el cielo por toda esa ayuda
Julian Suarez.
8
AGRADECIMIENTOS
Queremos expresar nuestros sinceros agradecimientos:
A Dios, por su compañía constante y por darnos la oportunidad de crecer
continuamente como personas durante este proceso de formación como
ingenieros mecánicos.
AlIngeniero Camilo Andrés Orduz, por ser ese “otro” miembro del equipo y por
inyectarnos esa maravillosa dosis de motivación, constancia y disciplina.
Al profesor Ricardo Jaimes por su colaboración y sabios aportes durante la
realización del trabajo.
Al profesor Antonio Anteliz por su colaboración en ese complejo pero interesante
terreno de las máquinas eléctricas.
Al ingeniero German Villar por suconstante colaboración e interés demostrado
durante los montajes y pruebas iniciales.
A todos nuestros compañeros, amigos y en general a todas aquellas personas
que se involucraron de manera entusiasta en el desarrollo de este trabajo.
Los autores.
9
CONTENIDO
pág.
1. INTRODUCCIÓN
22
2. MARCO TEORICO
24
2.1.
ENERGÍA EÓLICA
24
2.1.1.
Origen y perspectivas de la energía eólica
242.1.2.
Variación del viento con la altura sobre el terreno
25
2.1.3.
La potencia del viento
26
2.1.4.
Medición de la velocidad del viento
27
2.1.5.
Distribución de Weibull
28
2.1.6.
La rosa de vientos
29
2.1.7.
Vientos en Colombia
30
2.2.
TURBINAS EÓLICAS
32
2.2.1.
Turbinas eólicas de eje vertical
34
2.2.2.
Eficiencia de la conversión energética
40
2.2.3.
RENDIMIENTO DE LASMÁQUINAS EÓLICAS
43
2.3.
TURBINA EÓLICA DE EJE VERTICAL DE ÁLABE RECTO
47
2.3.1.
Funcionamiento del rotor de eje vertical de álabe recto
50
2.3.2.
Condición de carga en un rotor eólico
51
2.4.
GENERADOR ELÉCTRICO DE IMANES PERMANENTES
52
2.4.1.
Tipos de P.M.A (Alternador de imanes permanentes)
52
2.4.2.
Circuito Rectificador Básico
55
3. EVALUACIÓN DEL RECURSO EÓLICO DISPONIBLE3.1.
MEDICIONES PRELIMINARES
58
58
3.2. CÁLCULO Y TRATAMIENTO DE LOS DATOS EÓLICOS
59
3.2.1. Estadística de los datos eólicos
59
3.2.2. Distribución de Weibull
62
10
3.2.3. La rosa de vientos
66
4. DESARROLLO DEL PROTOTIPO
68
4.1. CONSIDERACIONES DE DISEÑO
68
4.2. DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD NOMINAL DEL VIENTO
69
4.3. CALCULO DE LA POTENCIA NOMINAL
69
4.4. DIMENSIONAMIENTODEL ROTOR
71
4.4.1. Parámetros de diseño
73
4.4.2. Cálculo de la cuerda y el diámetro del rotor
77
4.4.3. Selección del perfil aerodinámico
78
4.5. CONSIDERACIONES AERODINÁMICAS
81
4.6. DISEÑO DEL GENERADOR
90
5. DISEÑO DE DETALLE Y CONSTRUCCIÓN
101
5.1. ROTOR
102
5.1.1. Eje
102
5.1.2. Brazos
105
5.1.3. Discos de Soporte
108
5.1.4. Selección de Rodamientos
109
5.1.5....
Leer documento completo
Regístrate para leer el documento completo.