Diseño y construcción de la etapa impulsora de un aerogenerador de eje vertical de pequeña escala >= 300 [w] de potencia en el eje

En el presente informe de tesis se muestran el análisis, diseño y construcción de la etapa impulsora de un aerogenerador de eje vertical de pequeña escala >= 300 [W] de potencia en el eje. Se muestra las simulaciones estáticas y de fatiga realizadas para justificar la selección de los materiales....

Full description

Autores:: Rivera Cabezas, Juan Sebastián

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2019

Institución:: Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB

Repositorio:: Repositorio UNAB

Idioma:: spa

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Se muestra las simulaciones estáticas y de fatiga realizadas para justificar la selección de los materiales. También las simulaciones dinámicas teniendo al viento como entrada del sistema para prever el comportamiento que el aerogenerador tendrá en la etapa de validación. Adicional a esto se muestran los resultados del sensado tanto de velocidad del viento como de velocidad del aerogenerador. Para lo primero se tomaron muestras durante 3 días en la mesa de los santos donde las condiciones meteorológicas son favorables es para probar estos sistema por medio de la estación meteorológica Vantage Pro 2 proveída por la universidad. Para lo segundo se utilizó un encoder óptico LPD3806 con el fin de tener la velocidad en tiempo real del aerogenerador y poder realizar con dichos datos los cálculos de potencia instantánea generada, ya que el proyecto continuará siendo trabajado por otro estudiante en su etapa eléctrica y de generación, se suministran planos de detalle de las piezas diseñadas y del ensamble del aerogenerador , materiales utilizados y presupuesto con el fin de que se tenga un claro y pleno conocimiento del trabajo realizado para que este proyecto llegue a feliz termino en su segunda etapa.1. OBJETIVOS 12 1.1. OBJETIVO GENERAL 12 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 12 2. INTRODUCCIÓN 13 3. MARCO TEÓRICO 15 3.1. ENERGÍA EÓLICA 15 3.2. CONVERSIÓN DE LA ENERGÍA EÓLICA EN ENERGÍA ELÉCTRICA 16 3.3. CLASIFICACIÓN DE LOS AEROGENERADORES SEGÚN LA CAPACIDAD DE GENERACIÓN 17 3.3.1. MICROTURBINAS (<3kW) 17 3.3.2. PEQUEÑOS AEROGENERADORES (<50kW) 17 3.3.3. GRANDES AEROGENERADORES (<850kW) 18 3.3.4. AEROGENERADORES MULTIMEGAWATT (1-3MW) 18 3.4. CLASIFICACIÓN DE LOS AEROGENERADORES SEGÚN EL NÚMERO DE HÉLICES 18 3.4.1. HÉLICES DE UNA PALA 19 3.4.2. HÉLICES DE DOS PALAS 19 3.4.3. HÉLICES DE TRES PALAS 20 3.4.4. HÉLICES MULTIPALAS 20 3.5. TIPOS DE AEROGENERADORES DE EJE VERTICAL 20 3.5.1. SAVONIUS 20 3.5.2. DARRIEUS 21 3.5.3. DARRIEUS TIPO H O GIROMILL 22 3.5.4. PROTOTIPO WINDSIDE 23 3.6. COEFICIENTE DE SUSTENTACIÓN 24 3.7. COEFICIENTE DE ARRASTRE 24 3.8. POTENCIA EÓLICA 24 3.9. ALMACENAMIENTO DE LA ENERGÍA 25 3.9.1. HIDROELECTRICIDAD BOMBEADA 25 3.9.2. ALMACENAMIENTO CON AIRE COMPRIMIDO 25 3.9.3. PILAS DE HIDRÓGENO 25 3.10. AERODINÁMICA 26 3.10.1. PERFIL AERODINÁMICO 26 3.10.2. BORDE DE ATAQUE (LEADING EDGE) 26 3.10.3. CUERDA 26 3.10.4. BORDE DE SALIDA (TRAILING EDGE) 26 3.10.5. INTRADÓS (UPPER SURFACE) 27 3.10.6. EXTRADÓS (LOWER SURFACE) 27 3.10.7. REGIÓN DE CURVATURA MÁXIMA 27 3.10.8. REGIÓN DE ESPESOR MÁXIMO 27 3.10.9. FUERZA SOBRE EL PERFIL ALAR 27 3.10.10. VIENTOS DE SUBIDA Y DE BAJADA 28 3.11. PERFIL ALAR DU 06-W-200 29 4. DEFINICIÓN LA GEOMETRÍA DEL AEROGENERADOR 30 4.1. DISEÑO MECÁNICO 31 4.1.1. COMPONENTES 31 4.1.2. ENSAMBLE 34 4.2. GENERADOR 34 5. INSTRUMENTACIÓN 36 5.1. ANEMÓMETRO UNI-T UT363 36 5.2. ENCODER OPTICO LPD3806 37 5.3. ARDUINO MEGA 38 6. CÁLCULOS 38 6.1. ANÁLISIS ÁLABE 1 39 6.2. ANÁLISIS ÁLABE 2 40 6.3. ANÁLISIS ÁLABE 3 42 7. PROTOTIPO 46 7.1. BUJES 46 7.2. ÁNGULOS DE SOPORTE 46 7.3. BRAZO DE SOPORTE 46 7.4. ESTRELLA 47 7.5. TRÍPODE 47 8. SIMULACIÓN 48 8.1. BASE TRÍPODE 51 8.1.1. DETALLES DE LA MALLA 51 8.1.2. ANÁLISIS ESTÁTICO 51 8.2. BRIDA 52 8.2.1. DETALLES DE LA MALLA 53 8.2.2. ANÁLISIS ESTÁTICO 53 8.2.3. FATIGA 55 8.3. BRAZO DE SOPORTE 55 8.3.1. DETALLES DE LA MALLA 56 8.3.2. ANÁLISIS ESTÁTICO 56 8.3.3. FATIGA 57 8.4. ESTRELLA 58 8.4.1. DETALLES DE LA MALLA 58 8.4.2. ANÁLISIS ESTÁTICO 58 8.4.3. FATIGA 60 8.5. EJE 8.5.1. DETALLES DE LA MALLA 61 8.5.2. ANÁLISIS ESTÁTICO 61 8.5.3. FATIGA 62 8.6. ÁLABE 62 8.6.1. CARACTERISTICAS DE LA MALLA 63 8.6.2. ANÁLISIS ESTÁTICO 63 8.6.3. FATIGA 65 8.7. ÁNGULO DE SOPORTE 65 8.7.1. DETALLES DEL MALLADO 66 8.7.2. ANÁLISIS ESTÁTICO 66 8.7.3. FATIGA 67 8.8. CUÑA 67 8.8.1. DETALLES DEL MALLADO 67 8.8.2. ANÁLISIS ESTÁTICO 68 8.8.3. FATIGA 68 8.9. CÁLCULO DE FACTORES DE SEGURIDAD 69 9. INTERACCIÓN FLUIDO ESTRUCTURA 69 9.1. DIMENSIONES DEL DOMINIO DE SIMULACIÓN 69 9.2. ANÁLISIS DINÁMICO 70 9.2.1. VISTA FRONTAL 70 9.2.2. RESULTADOS A 30 GRADOS 71 9.2.3. POTENCIA INSTANTÁNEA A 30 GRADOS 71 9.2.4. RESULTADOS A 90 GRADOS 72 9.2.5. POTENCIA INSTANTÁNEA A 90 GRADOS 73 9.2.6. RESULTADOS A 120 GRADOS 73 9.2.7. POTENCIA INSTANTÁNEA A 120 GRADOS 74 10. PROTOCOLO DE PRUEBAS EXPERIMENTALES 74 11. VALIDACIÓN EXPERIMENTAL 77 11.1. VELOCIDAD DEL VIENTO 81 11.1.1. PRUEBA 1 81 11.1.2. PRUEBA 2 81 11.1.3. PRUEBA 3 82 11.2.1. DÍA 1 83 11.2.2. DÍA 2 84 11.2.3. DÍA 3 84 11.2.4. DÍA 4 84 11.2.5. COMPARATIVA DÍAS DE VIENTO 85 11.4. POTENCIA MECÁNICA 88 12. PRESUPUESTO 92 13. CONCLUSIONES 93 14. BIBLIOGRAFÍA 94 ANEXOS 98 ANEXO A PLANOS 98 ANEXO B CONSTRUCCIÓN MOLDE Y PERFIL ALAR 109 ANEXO C CÓDIGO DE LECTURA DE VELOCIDAD 112 ANEXO D REPORTES ANEMÓMETRO UNI-T UT363 113 ANEXO E PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ENSAMBLE 115 ANEXO F RODAMIENTO YAR 208 – 108 – 2F 116PregradoThis thesis report shows the analysis, design and construction of the driving stage of a small-scale vertical axis wind turbine >= 300 [W] of axis power. The static and fatigue simulations carried out to justify the selection of materials are shown. Also the dynamic simulations with the wind as input to the system to predict the behavior that the wind turbine will have in the validation stage. In addition to this, the results of the sensing of both wind speed and wind turbine speed are shown. For the first, samples were taken for 3 days in the table of the saints where the weather conditions are favorable to test these systems through the Vantage Pro 2 weather station provided by the university. For the second, an LPD3806 optical encoder was used in order to have the speed of the wind turbine in real time and to be able to carry out calculations of instantaneous power generated with said data, since the project will continue to be worked on by another student in its electrical and generation, detail plans of the designed parts and the assembly of the wind turbine, materials used and budget are supplied in order to have a clear and full knowledge of the work carried out so that this project reaches a successful conclusion in its second stage.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Diseño y construcción de la etapa impulsora de un aerogenerador de eje vertical de pequeña escala >= 300 [w] de potencia en el ejeDesign and construction of the driving stage of a small-scale vertical axis wind turbine >= 300 [w] axis powerIngeniero MecatrónicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronicAnalysisMaterialsScalesAssembleWind powerElectric powerAerodynamicsPower (mechanical)MecatrónicaAnálisisEnergía eólicaEnergía eléctricaAerodinámicaPotencia (mecánica)Aerogenerador de eje verticalEscalasMaterialesEnsamble[1]. 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Diseño y construcción de la etapa impulsora de un aerogenerador de eje vertical de pequeña escala >= 300 [w] de potencia en el eje

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