DISEÑO DE UNA TRANSMISION PARA UN AEROGENERADOR

















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ENERGÍA EÓLICA

La energía eólica pertenece al conjunto de las energías renovables o también denominadas energías alternativas. La energía eólica es el tipo de energía renovable más extendida a nivel internacional por potencia instalada (Mw) y por energía generada (Gwh).
La energía eólica procede de la energía del sol (energía solar), yaque son los cambios de presiones y de temperaturas en la atmósfera los que hacen que el aire se ponga en movimiento, provocando el viento, que los aerogeneradores aprovechan para producir energía eléctrica a través del movimiento de sus palas (energía cinética).

1.1 POTENCIA DE UN AEROGENERADOR
La máxima potencia que le podemos “sacar” al viento, ya sea con un molino de viento “quijotesco” oun aerogenerador de última generación (en lo siguiente “eólica”), se calcula con la siguiente fórmula aproximada, que tiene en cuenta todas las pérdidas (aerodinámicas, mecánicas y eléctricas) de la máquina:



1 P = 0,15 · D2 · v³

P es la potencia expresada en vatios [W]
D es el diámetro del rotor en metros [m]
V es la velocidad del viento en metros por segundo [m/s].


Estasencilla fórmula es fruto del señor Betz, un sabio alemán que en 1926 publicó el primer tratado sobre la teoría aerodinámica aplicada a las turbinas eólicas.
Lo primero que nos dice esta fórmula es que la potencia aumenta con el cubo de la velocidad del viento, o, expresado de otro modo, “a más viento, mucha más energía”.

Ejemplo:

¿Qué potencia máxima podría generar una eólica cuyo rotortiene un diámetro de 6 metros?

Si el viento sopla a 10 m/s (= 36 km/h), la potencia del molino será
P = 0,15 · 36 · 10³ = 5400 [W] = 5,40 [kW] (1 kW = 1000 W)

Pero si sopla a 20 m/s = 72 km/h (¡un viento “peligroso” para una eólica casera!), la potencia será
P = 0,15 · 36 · 20³ = 43200 [W] = 43,20 [kW]

Conclusión: a doble velocidad del viento, la eólica desarrollará 8 veces máspotencia.

Para el caso de nuestro generador la potencia con un viento de 8 m/s y 2 m de diámetro es de:

P=307.2 w


Fig. 1.1 Grafica Potencia Vs Velocidad del generador en estudio

1.2 VELOCIDAD DE GIRO DE UNA EÓLICA
La velocidad de giro de una eólica se puede calcular con la siguiente fórmula:

n = (60 · λ · v) / (π · D)

n es el número de revoluciones por minuto [rpm]
λ se llamavelocidad especifica. Este factor depende del tipo de eólica (rápida o lenta). Puede tener un valor comprendido entre aprox. 1 y 14. En la eólica que vamos a construir, este factor será de aprox. 4.
V es la velocidad del viento en metros por segundo [m/s].
D es el diámetro de la eólica en metros [m]

Para hacerse una idea:

En un aerogenerador moderno de 20 metros de diámetro (los quese utilizan en los controvertidos parques eólicos), la velocidad específica es del orden de
λ = 8.
Calculemos con esta fórmula su velocidad de giro bajo un viento de 10 m/s
(= 36 km/h):
n = (60 · 8 · 10) / (π · 20) = 76,4 rpm
No parece mucho, ¡pero las puntas de las palas giran a 288 km/h! Esto produce bastante ruido y es un grave peligro para las aves.

Reglas generales:

A másdiámetro, menor velocidad de giro
un mayor número de palas no aumenta necesariamente la velocidad de giro, pero sí el rendimiento de la eólica.

2.1 CONSTRUCCIÓN DE LA EÓLICA
2.1.1 DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA

Para este estudio vamos a utilizar una eólica que ya he sido construida a la cual le adaptaremos una transmisión utilizando un tren de engranajes.
La velocidad específica nominal propiadel diseño es de λd = 4 y un rotor de 2 metros de diámetro. Como generador de electricidad utilizaremos un alternador de automóvil con su correspondiente regulador.
Las palas rectangulares y ligeramente curvadas (“flecha” = 5% de la anchura de las palas) las haremos de chapa metálica, preferentemente aluminio. El grosor de la chapa debería ser aprox. un 1,5% de la anchura de las palas (ver...