Diseño de un aerogenerador.

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- REVISIÓN LITERARIA (Colocar numeración)

- Aerogeneradores

Los aerogeneradores son más que máquinas que aprovechan la energía del viento y la transforman en energía eléctrica, esto se debe a la fuerza generada por el viento la cual mueve las aspas del aerogenerador, esto hace girar un rotor que está conectado a un generador, este transforma la energía mecánica producida en el eje del rotor en energía eléctrica. (Escánez, 2013). Las turbinas eólicas se pueden clasificar por la disposición del eje siendo el parámetro más significativo y diferenciador entre los distintos tipos de aerogeneradores, los aerogeneradores pueden clasificarse en eje horizontal y en eje vertical.

- Ejes verticales:

Los aerogeneradores de eje vertical, también conocidos como VAWT (Vertical Axis Wind Turbines, por sus siglas en ingles), las principales características, es que su eje se encuentra perpendicular a la dirección del viento. (Escánez, 2013) Sus principales ventajas es que se pueden situar al nivel del suelo, no necesita mecanismos de orientación y por lo general consta de un mantenimiento sencillo. Pero también tiene desventajas como lo son: poca eficiencia con respecto a los de eje horizontal, también las velocidades a las que están sometidas son bajas debido a que se encuentra al nivel del suelo. (Castro, Cruz, & Sánches, 2006)

Como se aprecia en la figura 1. Podemos encontrar diferentes tipos de aerogeneradores tipo VAWT como lo son los rotores Darrieus: Este modelo es el más conocido de los aerogeneradores de eje vertical, estos emplean la fuerza de sustentación que se presenta en las palas para poder girar, con un par de arranque del rotor muy pequeño. (ORDUZ & SUÁREZ, 2011) A diferencia de los rotores Savonius: en los cuales el rotor está conformado por dos palas con forma de semicírculos alrededor del eje vertical, por lo que puede trabajar con velocidades de viento muy bajas debido a la diferencia del coeficiente de arrastre presente entre los dos semicírculos. (Arbeláez & Ochoa, 2013) También podemos encontrar los rotores tipo H o Giromill: estos rotores son una modificación de los Darrieus, su principal característica son sus perfiles verticales de eje recto (Arango, Fajardo, & Giraldo). El modo de funcionamiento de un Giromill VAWT es igual que el de las turbina Darrieus común, por lo que funcionan con la fuerza de sustentación.

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Figura 1. Tipos de aerogeneradores de eje vertical (VAWT). Recuperado de http://www.herzo-agenda21.de/_ilse/wind/wind4e.html.

- Ejes horizontales:

Los aerogeneradores de eje horizontal, también conocidos como HAWT (Horizontal Axis Wind Turbines), son los más habituales y su principal característica es su eje de rotación el cual se encuentra paralelo al suelo y a la dirección del viento. Ellos presentan unas ventajas como lo son: un mejor aprovechamiento de las corrientes de aire y una alta eficacia con respecto a los de eje vertical, por otro lado sus desventajas son la necesidad de un sistema de orientación, su difícil construcción y mantenimiento son más costosos que los de eje vertical. (Escánez, 2013)

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Figura 2. Aerogenerador de eje horizontal. Recuperado de http://renov-arte.es/energias-renovables/energia-eolica/181-energias-renovables/125-evolucion-de-la-energia-eolica

- Perfil aerodinámico

Se define a un perfil aerodinámico como cualquier sección del ala cortada por un plano paralelo a la cuerda de la misma ala. (Anderson, 2001) Los perfiles aerodinámicos son cuerpos que tiene una geometría determinada, la cual es utilizada para aprovechar al máximo las fuerzas que se originan por la variación de velocidad y presión cuando el perfil es situado en una corriente de aire, (Ramírez, 2004) estas fuerzas que se originan pueden empujar el cuerpo en la dirección de la corriente, la cual se denomina fuerza arrastre o de resistencia, existe otra fuerza que es mucho mayor que la anterior y su dirección es perpendicular a la dirección y sentido de la corriente, esta fuerza es conocida como fuerza de sustentación. (Espinosa, 2011) Pero estas fuerzas dependen del ángulo de ataque para saber si aumentan o disminuyen, el ángulo de ataque no es más que el ángulo que se forma entre la cuerda y la dirección de la corriente de aire el cual se puede observar en la figura 2. Cabe resaltar lo que se busca en este proyecto, es diseñar un perfil idóneo, que produzca la mayor fuerza de sustentación posible con la menor fuerza de arrastre, esto se lograra encontrando el ángulo de ataque indicado.

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Figura 3. Angulo de ataque de un perfil alar.

Recuperado de http://www.ingeniador.es/2014/12/01/surcando-los-cielos-i/.

Las partes de un perfil están constituidas por las componentes que se aprecian en la figura 3. que se definen a continuación.

Borde de ataque: es el punto más adelantado del perfil o también podemos decir que es la zona delantera

Borde de salida: es el punto más retrasado del perfil. Por extensión se denomina así a la zona posterior del mismo.

Extradós: es la parte superior del perfil.

Intradós: es la parte inferior del perfil.

Cuerda: es la línea imaginaria que va desde el borde de ataque hasta el borde de salida.

Línea de curvatura media: Línea imaginaria que une el borde de ataque y el borde de salida pero siempre de una forma equidistante (misma distancia) entre el intradós y el extradós.

Radio del borde de ataque: es una medida del afilamiento del borde de ataque. Puede variar desde 0, para perfiles supersónicos afilados, hasta un 2 por 100 (de la cuerda) para perfiles más bien achatados.

Espesor: Distancia entre el extradós y el intradós.

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Figura 4. Figura del Perfil Alar y Su Geometría. Fuente: Carmona, A. (1999). Aerodinámica y Actuaciones del Avión, p. 79. Madrid: Thomson-Paraninfo.

- Perfiles NACA

Estos perfiles fueron creados por la National Advisory Committee for Aeronautics