Rotor de un aerogenerador a un generador eléctrico UNIVERSIDAD POLITECNICA

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Habiendo obtenido las curvas de potencia y teniendo los datos de las revoluciones por minuto y la potencia de entrada y salida del generador eléctrico podemos conocer el factor de multiplicación de la caja de velocidades dado por la siguiente ecuación:[pic 13]

Con este valor podemos acoplar la curva de potencia del generador eléctrico con las curvas de potencia del rotor variando el factor de multiplicación para que quede lo más óptimo posible.

Desarrollo

Para hacer el diseño de nuestro rotor lo primero que tuvimos que hacer fue obtener la potencia teórica de nuestro aerogenerador y con esta potencia teórica que obtuvimos obtener el diámetro y conocer la magnitud de nuestro rotor.

[pic 14]

Donde:

ρ = densidad del aire

Cp = coeficiente de potencia

Pw = Potencia teórica

D = diámetro del rotor

Después de obtener las dimensiones de nuestro rotor, es necesario conocer la velocidad promedio del lugar, en este caso fue de . Teniendo el diámetro en cuenta se calculó la velocidad tangencial de la punta de las palas, de la siguiente manera: [pic 15]

[pic 16]

Donde:

n = No. de R.P.M.

r = largo de la pala

Las r.p.m. que se usaron fueron las obtenidas del primer trabajo de graficas de acoplamiento, conociendo la velocidad tangencial de las palas y la velocidad promedio del lugar podremos conocer la velocidad relativa y con esta misma el número de Reynolds:

[pic 17]

[pic 18]

Donde:

Re = No. de Reynolds

ϻrel = Viscosidad Relativa

Vrel = Velocidad Relativa

Con el número de Reynolds vamos a empezar a trabajar en el software Qblade en el cual vamos a importar los datos del perfil que se asignó en este caso fue el perfil NREL S816

[pic 19]

Para este momento ya tenemos los polares de nuestro perfil y el número de Reynolds, ahora lo que se tiene que hacer es el ajuste de nuestros polares al número de Reynolds que obtuvimos. El numero de Reynolds y los polares son de gran importancia para el análisis que se esta realizando, ya que, con el numero de Reynolds podremos saber la fineza de nuestro perfil, sabiendo que si la edida de circulación del aire alrededor del ala es inferior a este valor critico, el coeficiente de sustentación disminuirá y el de resistencia aumentara, en otras palabras, la fineza

de nuestra pala comenzara a disminuir rápidamente. La fineza de una pala se puede considerar como la calidad que tiene la misma.

Con los polares obtenidos apartir del numero de Reynolds que calculamos podremos saber los coeficientes de sustentación y de resistencia, ya que estos no pueden ser calculados teóricamente; y en base a estos coeficientes podremos al igual calcular las fuerzas de sustentación y resistencia que hay en nuestro perfil.

La fuerzas de sustentación y arrastre son muy importantes para el estudio que estamos haciendo por el hecho de que estas nos diran si nuestras palas estan bien diseñadas para moverse y darnos la cantidad de energía que requerimos para nuestro generador.

[pic 20]

En esta imagen hicimos un acoplamiento de nuestra grafica polar, esto para, mejorar la eficiencia de nuestro perfil aerodinámico, haciendo este proceso también se van a modificar nuestros coeficientes de sustentación y arrastre, y al modificarse nuestros coeficientes se modificaran las fuerzas de sustentación y arrastre. Lo mas conveniente para nosotros seria tener una fuerza de arrastre mucho menor que la de sustentación esto para que tengamos una mayor energía disponible y menos perdidas por inercia, que es un factor dependiente del coeficiente de resistencia.

[pic 21]

En esta imagen ya comenzamos con el diseño de la pala y para esto es necesario conocer la cuerda del perfil, la cuerda de nuestro perfil no es una cuerdad constante ya que, cada sección de nuestra pala va a tener una cuerda correspondiente, asi mismo como un angulo de ataque diferente y un angulo de calado o twist, este angulo de calado depende a su vez del angulo de torsión. Esa información no es proporcionada por las graficas de los polares obtenidos, tienen que ser calculados teóricamente. Nosotros en esta parte también elegimos el numero de secciones que decimos usar, ya que no existe un calculo para el numero de secciones esto va a depender de cada persona y en parte de la eficiencia que deseemos obtener de nuestro perfil, lo que si sabemos es que a mayor numero de secciones de aprecia mejor la tocion de nuestra pala y también que con mas secciones será mas eficiente nuestro perfil pero a al momento de producción mas costoso

[pic 22]

Por ultimo utilizamos estas graficas de nuestro perfil para conocer cada coeficiente de potencia (Cp) correspodiente a una velocidad especifica, y con esto poder obtener la eficiencia de nuestro perfil también a una cierta velocidad especifica.

Analisis y resultados

El análisis y resultados podrán ser observados mejor en la sección de anexos, que tendrá todo el procedimiento hecho en hojas de Excel.

Conclusiones

Al termino de este trabjo se puede concluir la importancia que tiene el diseño de un aerogenerador no solamente para acoplarlo a un generador sino también para obtener el conocimiento de como es que se puede acoplar a cierta región donde hay velocidades mayores o menores. En el acoplamiento al generador lo mas importante es que la energía que vamos a obtener del rotor del aerogenerador tiene que ser superior a la del generado propuesto, esto para que el rotor pueda mover el generador sino simplemente estaríamos perdiendo energía.

En este proyecto también puedo concluir que es muy importante el uso de un software para el diseño de un aerogenerador por el gran numero de cálculos que se deben de realizar

Anexos