Diseño geometrico de las palas de una turbina eolica

2010
UAEM FACULTAD DE INGENIERÍA APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA EÓLICA RAÚL NAVA GONZÁLEZ

[DISEÑO DE LAS PALAS DE UNA TURBINA EÓLICA]

Introducción
Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, unas por la inmensa cantidad de energía que contienen, y otras porque son capaces de regenerarse por medios naturales, entre las cuales seencuentra la energía eólica. La energía eólica no es algo nuevo, es una de las energías más antiguas junto a la energía térmica. Ya desde la publicación del libro Don Quijote de la Mancha, los molinos de viento estaban presentes, quizás los molinos más famosos del mundo. “La ventura va guiando nuestras cosas mejor de lo que acertáramos a desear; porque ves allí, amigo Sancho Panza, donde sedescubren treinta o pocos más desaforados gigantes con quien pienso hacer batalla y quitarles a todos las vidas (...). -Mire vuestra merced, respondió Sancho, que aquellos que allí se parecen no son gigantes, sino molinos de viento, y lo que en ellos parecen brazos son las aspas que, volteadas del viento, hacen andar la piedra del molino.” El viento como fuerza motriz existe desde la antigüedad y entodos los tiempos ha sido utilizado como tal, como podemos observar. Tiene su origen en el sol. Así, ha movido a barcos impulsados por velas o ha hecho funcionar la maquinaria de los molinos al mover sus aspas. Pero, fue a partir de los ochenta del siglo pasado, cuando este tipo de energía limpia sufrió un verdadero impulso. La energía eólica crece de forma imparable a partir del siglo XXI, enalgunos países más que en otros. La industria de la energía eólica comenzó en 1979 con la producción en serie de turbinas de viento por los fabricantes Kuriant, Vestas, Nordtank, y Bonus. Aquellas turbinas eran pequeñas para los estándares actuales, con capacidades de 20 a 30 kW cada una. Desde entonces, la talla de las turbinas ha crecido enormemente, y la producción se ha expandido a muchos países. Elpresente trabajo se centra en el diseño de las palas de una turbina eólica para la generación de energía para uso doméstico, de apenas 500W. Para lo cual en primer lugar se determina el tamaño de la pala y posteriormente se describen los cálculos para todos los datos requeridos a modo de optimizar el diseño.

Partiendo del hecho de que se requiere diseñar una turbina eólica de 500W bajo lassiguientes consideraciones:      Potencia de turbina: 500W Velocidad del viento: 8m/s Presión atmosférica: 100kPa Temperatura de operación: 30°C

Primero calculando el radio de la pala, se tiene que: ( ) ………………….. (1)

Utilizando la ecuación del gas ideal para determinar la densidad del aire: ⁄ ⁄ Sustituyendo en (1) y despejando R:

(

⁄

)

La longitud de la cuerda y el ángulo detorsión estás dados por respectivamente: ……………………….. (2)
√ ( ) ( )

( De la figura 1 se determinan

) ……… (3)

óptimos para un perfil FX 72-MS-150 B

Fig. 1

Entonces:

Calculando la longitud de la cuerda y el ángulo que forma una cuerda cualquiera del perfil con el plano de rotación (tabla 1), con (2) y (3) respectivamente para 20 estaciones de la pala iniciando en :

Tabla 1.Valores de la cuerda para 20 estaciones de la pala.

R [m] 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

r [m] 0.15 0.19473684 0.23947368 0.28421053 0.32894737 0.37368421 0.41842105 0.46315789 0.50789474 0.55263158 0.59736842 0.64210526 0.68684211 0.73157895 0.77631579 0.82105263 0.86578947 0.91052632 0.95526316 1

r* 0.15 0.19473684 0.23947368 0.28421053 0.32894737 0.37368421 0.41842105 0.463157890.50789474 0.55263158 0.59736842 0.64210526 0.68684211 0.73157895 0.77631579 0.82105263 0.86578947 0.91052632 0.95526316 1

c ( r ) [m] 0.263549971 0.247077801 0.227492144 0.208269681 0.190650047 0.174955775 0.161138764 0.149016325 0.138372452 0.128999186 0.120711402 0.113350105 0.106781036 0.100891664 0.095587873 0.090790882 0.086434576 0.082463267 0.078829853 0.075494316

[Grados]...