Se llevó a cabo un estudio de disponibilidad de viento para la ciudad de Ensenada, Baja California. Se obtuvieron las curvas de probabilidad de Weibull para la velocidad y la rosa de los vientos para la ciudad de Ensenada. Se llegó a la conclusión que se tiene viento constante 365 días del año y que la velocidad promedio anual es de 1.4 m/s teniendo una probabilidad de velocidades mayores del 66% y que dominan vientos tipo brisa marina y terrazón provenientes del oeste y secundarios del este y noreste. Debido a estas características un aerogenerador tipo Savonius es la opción más viable a instalar de los rotores estudia en una región con las características anteriormente mencionadas debido a su capacidad de empezar a girar a bajar velocidades de viento y aceptar vientos provenientes de cualquier dirección
Usando el programa de simulación Fluent, se realizaron estudios de independencia para obtener los parámetros de simulación adecuados así como economizar recursos computacionales. Se obtuvieron graficas CD, CL, y CM como función del ángulo de ataque y CD, CL, CM y CP como función del TSR para
rotores de topología Savonius, Blackwell y Modi en 2D, de topología Savonius y Blackwell en 3D y rotores en contrarrotación.
En los resultados de las simulaciones 2D se pudo apreciar que el rotor Blackwell obtuvo un CPMAX de
0.2148 a 0.8 TSR y el rotor Savonius CPMAX de 0.204 a 0.8 TSR, mientras que el rotor Modi tiene valor de
CPMAX de 0.2176 a 0.8 TSR. Este valor cayó de manera abrupta a valores de 1.0 y 1.5 TSR para el rotor
Modi comparado Savonius y Blackwell, lo que reduce su rango de funcionamiento, por esta razón se descartaron las simulaciones posteriores debido a que de las tres topologías, es la que conlleva más trabajo al construir y no presenta un rango de funcionamiento tan amplio como los rotores Blackwell y Savonius.
En las simulaciones 3D singulares, se observó que el coeficiente de arrastre fue menor en el rotor Blackwell lo que se tradujo en un mejor desempeño del coeficiente de sustentación y coeficiente de momento, haciendo que funcione mejor con velocidades de viento menores. El rotor Savonius trabaja mejor a mayores revoluciones que el rotor Blackwell que lo vuelve apto para velocidades de viento mayores.
En las simulaciones en contrarrotación el estudio de independencia de desfase demostró que no existe una diferencia en los promedios de los coeficientes de arrastre, sustentación y momento, y que el coeficiente resultante no es más que la suma algebraica de las fuerzas correspondientes de cada rotor. Entre el desfase del rotor superior e inferior se pueden presentar problemas de vibración al haber fuerzas que van en distintas direcciones, este problema se acentuaría más al tener un eje largo. Se observó que los rotores Blackwell fueron tan eficientes como reportaron Blackwell et al. (1978), teniendo así un CPMAX de 0.46 a 0.8 TSR permitiendo extraer una mayor cantidad de energía y que los
rotores Savonius tienen un CPMAX a 0.8 TSR de 0.33. Se concluyó que el rotor Blackwell es el más apto a
utilizar si las velocidades de viento son constantes y un rotor Savonius para velocidades viento variables.
Para concluir, se calcularon las dimensiones de los rotores del aerogenerador en contrarrotación, así como la cantidad que se deben de instalar para poder suplir la demanda de energía de 200 We, tomando
en cuenta una velocidad de 4 m/s y una eficiencia del generador del 86%. Aunque el área de barrido aparenta ser muy grande, es similar a la utilizada por un aerogenerador tripala de eje horizontal de 10 kW, pero la diferencia es que a 4 m/s el aerogenerador de rotores en contrarrotación generará energía y el tripala solo empezará a girar. Se llegó a la conclusión que un solo aerogenerador en contrarrotación sería muy grande además y en caso de que se presente una falla no habría abasto de energía, por lo que se recomienda la instalación de un sistema descentralizado con 4 u 8 aerogeneradores.
Este proyecto demostró la viabilidad de utilizar 2 rotores de eje vertical girando en sentido contrario acoplados a un solo generador para que por medio de la rotación relativa de sus rotores se aumenten las revoluciones por minuto produciendo una mayor potencia a menores velocidades de viento, mejorando la posibilidad de instalación de aerogeneradores para micro generación y disminuir la velocidad de arranque. El trabajo a futuro de este proyecto consiste en la construcción del aerogenerador y la puesta a prueba para medir su generación potencia a distintas velocidades de viento.
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