PDF Universidad Nacional Del Centro Del Perú - Uncp

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

“ DISEÑO DEL ÁLABE PARA INCREMENTAR LA POTENCIA ELÉCTRICA DEL AERO GENERADOR TIPO ESPIRAL ”

TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO ELECTRICISTA

Presentado por:

MUCHA MEZA, ENRIQUE RONALD

HUANCAYO - PERÚ

2021

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ASESOR:

M.Sc. David Elvis Condezo Hurtado

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DEDICATORIA

A mi esposa e hija con el amor y cariño de siempre. Así mismo a mi madre y familiares por el apoyo constante e incondicional.

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AGRADECIMIENTO

Agradesco al personal docente de la FIEE , asi mismo a nuestra primera casa superior de estudios UNCP.

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ÍNDICE

ASESOR: ... ii

ÍNDICE ... v

INDICE DE FIGURA ... vii

INDICE DE TABLAS ... viii

RESUMEN ... ix

ABSTRAC ... x

INTRODUCCIÓN ... 9

Capítulo 1: PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO ... 11

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 11

1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ... 12

1.3 OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN... 12

1.4 JUSTIFICACION E IMPORTANCIA ... 12

Capítulo 2: BASES TEÓRICAS ... 14

2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN ... 14

2.2 BASES TEÓRICAS ... 17

2.3 SISTEMA DE HIPÓTESIS ... 37

Capítulo 3: ASPECTOS METODOLÓGICOS ... 38

3.1 TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACION... 38

3.2 MÉTODO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ... 39

3.3 Población y muestra ... 39

3.4 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCION DE DATOS ... 39

3.5 TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO DE DATOS ... 39

Capítulo 4: PRESENTACIÓN DE RESULTADOS ... 40

4.1 RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN ... 40

4.2 PRUEBA DE HIPOTESIS ... 46

CONCLUSIONES ... 48

RECOMENDACIONES ... 49

BIBLIOGRAFÍA ... 50

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ANEXOS ... 51

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INDICE DE FIGURA

Figura 2.1: Área determinado por las aspas del aerogenerador ... 18

Figura 2.2: Aplicación de la Espiral Fibonacci ... 18

Figura 2.3: Turbina de Arquímedes ... 19

Figura 2.4: (a) Vista lateral; (b) Geometría de la pala ... 20

Figura 2.5: (a) Área de los álabes y (b) Vectores de velocidad tangencial. ... 22

Figura 2.6: Aerogenerador tipo espiral de Arquímedes ... 23

Figura 2.7: (a) Espiral de Arquímedes (b) Forma espacial de la espiral de Arquímedes ... 23

Figura 2.8: Ejemplo de turbina eólica con un rotor tipo resistencia ... 24

Figura 2.9: Coeficiente de potencia versus TSR en un aerogenerador de Arquímedes ... 26

Figura 2.10: (a) Concha de nautilus (b) Vista frontal del aerogenerador ... 28

Figura 2.11: Partes del aerogenerador LIAM F1 ... 29

Figura 2.12: Vista transversal de un generador axial ... 31

Figura 2.13: (a) Bobinados concentrados y (b) Bobinados distribuidos ... 33

Figura 2.14: Plano 2D ... 34

Figura 4.1: Comparando el diseño con el modulo “prototipo 1” ... 41

Figura 4.2: Modulo “prototipo 1” a escala ... 41

Figura 4.3: Modulo “prototipo 2” a tamaño real ... 42

Figura 4.4: Propuesta en el edificio inteligente de la Universidad Nacional del Centro del Perú ... 42

Figura 4.5: Propuesta en el colegio de ingenieros del Perú ... 43

Figura 4.6: Potencia medida en las pruebas de laboratorio ... 45

Figura 4.7: Grafico de caja, comparación de potencia. ... 45

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INDICE DE TABLAS

Tabla 2.1: Detalles de las partes del aerogenerador LIAM F1 ... 29

Tabla 2.2: Especificaciones técnicas aerogenerador LIAM F1 ... 30

Tabla 2.3: Variable dependiente ... 35

Tabla 2.4: Variable independiente ... 36

Tabla 4.1: Toma de datos de potencia antes de la experimentación ... 43

Tabla 4.2: Toma de datos de potencia y tensión después de la experimentación 44 Tabla 4.3: comparación de resultados. ... 46

Tabla 4.4: Análisis de medias. ... 47

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RESUMEN

DISEÑO DEL ÁLABE PARA INCREMENTAR LA POTENCIA ELÉCTRICA DEL AERO GENERADOR TIPO ESPIRAL

La investigación realizada da a conocer el diseño estructural del alabe del aerogenerador espiral también denominado de Arquímedes. En la investigación se compara el aerogenerador existente y el aerogenerador propuesto por el autor, para lo cual se realizan modificaciones al alabe del aerogenerador como el ancho y material a utilizar. Los resultados mas importantes que se obtuvieron fueron que el aerogenerador diseñado puede generar 500 watts a velocidad de 2.3 m/s el diseño comprendió con dimensiones de 1.3 m de largo y 1 m de diámetro. También se puede concluir que a medida que se incrementa el área de captación del aerogenerador se podrá generar energía eléctrica a menores velocidades. El generador utilizado fue el denominado de flujo axial. Se deben realizar mayores investigación para que el aerogenerador de Arquímedes sea utilizado en localidades aisladas del Perú.

Autor: MUCHA MEZA, ENRIQUE RONALD

Palabras claves: Energía eléctrica, álabe y sistema eólico.

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ABSTRAC

BLADE DESIGN TO INCREASE THE ELECTRICAL POWER OF THE SPIRAL TYPE AERO GENERATOR

The research carried out reveals the structural design of the blade of the spiral wind turbine, also known as Archimedes. The research compares the existing wind turbine and the wind turbine proposed by the author, for which modifications are made to the wind turbine blade such as the width and material to be used. The most important results that were obtained were that the designed wind turbine can generate 500 watts at a speed of 2.3 m / s. The design included dimensions of 1.3 m long and 1 m in diameter. It can also be concluded that as the wind turbine's catchment area increases, electrical energy can be generated at lower speeds. The generator used was the so-called axial flow. More research should be carried out so that the Archimedes wind turbine is used in isolated locations in Peru.

Author: MUCHA MEZA, ENRIQUE RONALD Keywords: Electric power, blade and wind system.

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INTRODUCCIÓN

La energía eólica es un recurso abundante en comparación con otros recursos renovables; además, a diferencia de la energía solar, su utilización no puede ser afectada por el clima y el tiempo. Las maquinas eólicas actúan como un convertidor de energía utilizable que puede proporcionar electricidad para el hogar, las industrias, etc. El rotor es impulsado por el viento y gira a una velocidad predefinida por la velocidad del viento, de modo que el generador puede producir energía eléctrica. Un generador con un eje montado horizontalmente paralelo al suelo se conoce como aerogenerador de eje horizontal. Un aerogenerador de eje vertical tiene su eje normal al suelo.

La potencia de una turbina eólica depende de la velocidad del viento y del diseño de los álabes, para extraer el máximo de energía cinética del viento, los investigadores se esfuerzan por diseñar una geometría de álabes eficaz.

La velocidad media del viento en Huancayo es de 2 m/s; por lo tanto, el aerogenerador de Arquímedes es perfecta para velocidades de viento bajas y medias, esta turbina eólica es un tipo reciente de aerogenerador, que consta de tres álabes separados a 120° grados entre sí. Estos se envuelven unos a otros, como bobinas y luego se expanden, creando una turbina tridimensional cónica. Actualmente hay pocos tipos de investigación relevantes en el intento de mejorar el rendimiento de este aerogenerador.

En este trabajo, para el diseño del álabe del aerogenerador de tipo espiral del módulo de tamaño real cuyas dimensiones son 1.3m de largo por 1m de diámetro, se ha sido realizado usando el software solidworks que se emplea para predecir el rendimiento aerodinámico como el torque, la potencia, la velocidad y la distribución de la presión.

La tesis se divide en los capítulos 1, 2, 3 y 4 donde en el capítulo 1 se plantea el tema de estudio que se va a investigar, formulando el problema que se quiere solucionar identificando los problemas generales y específicos,

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además en este capítulo se determinan los objetivos que se quieren lograr con esta investigación.

En el capítulo 2 se detallan los antecedentes y bases teóricas que se utilizan como guía para tratar el tema, además nos ayudaran a consolidar la investigación con argumentos sólidos.

En el capítulo 3 se detallan la metodología con la que se va a desarrollar la investigación y en el capítulo 4 se presentan los resultados obtenidos luego de haber desarrollado nuestra investigación.

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Capítulo 1:

PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Mejorar el diseño de aerogeneradores con lleva al estudio de los alabes los cuales pueden variar de espesor, ancho o largo dimensiones que fueron estudiados por muchos años que involucran materiales especiales y costosos.

En la actualidad se presentan diferentes formas de aerogeneradores, pero el que mayores resultados en generación de potencia a velocidades bajas presenta es el aerogenerador de Arquímedes, pero no es muy eficiente a velocidades de 1 m/s motivo por el cual con la presente tesis se busca mejorar el diseño de los alabes del aerogenerador, con el objetivo de aprovecha todo tipo de viendo de la Región Junín debido a que nuestra región cuenta con vientos de montaña, vientos de valle y de ladera.

La investigación utilizó la tesis denominado“ Estudio de varios frentes sobre características aerodinámicas de la turbina de viento tipo espiral de Arquímedes” (Kee Kim, Lu, Ji, Beak, Mieremet y Kim, 2012) los autores utilizaron predicciones numéricas y simulaciones para observar aspectos aerodinámicos y estructurales del aerogenerador.

También se empleó la tesis denominada “Evaluación Aerodinámica y estructura Horizontal de la Turbina Arquímedes espiral del viento” (Kyung Chun Kim,2014) la investigación da a conocer cuál es comportamiento del

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aerogenerador a diferentes velocidades de viento y que potencia es aprovechable para la generación de energía eléctrica.

1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1.2.1 Problema general

¿Cómo diseñar el álabe para aumentar la potencia eléctrica del aerogenerador tipo espiral?

1.2.2 Problemas Específicos

• ¿Cómo se realizará el diseño del prototipo de aerogenerador tipo espiral?

• ¿Cómo se efectuará el procesamiento de los datos de potencia generada?

1.3 OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN 1.3.1 Objetivo general

Diseñar el álabe para aumentar la potencia eléctrica del aerogenerador tipo espiral.

1.3.2 Objetivos específicos

• Realizar el diseño de un prototipo de aerogenerador tipo espiral.

• Ejecutar el procesamiento de los datos de potencia generada.

1.4 JUSTIFICACION E IMPORTANCIA 1.4.1 Justificación Teórica

La tesis tiene importancia porque dará a conocer aspectos teóricos referente al diseño y construcción de un nuevo aerogenrador.

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1.4.2 Justificación metodológica

El método planteado para el desarrollo de la investigación es el factorial.

1.4.3 Justificación Social

La investigación permitirá el suministro de energía a las viviendas alejadas de las ciudades logrando el desarrollo de los pobladores.

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Capítulo 2:

BASES TEÓRICAS 2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN

La tesis denominada “Diseño de aerogeneradores para caber en las aberturas de refrigeración de torres de la Universidad de HOUSTON” (Bonilla, Gonzales, Nguyen, & Glaze, 2014). Emplea los aerogeneradores en aberturas o chimeneas de las industrias. Utiliza datos de vientos elevados y bajos. El proceso implementado de calibración de la estación meteorológica, permite determinar la inexactitud de los datos registrados que está sujeto a medida, lo cual posibilita el ajuste correspondiente de la información, garantizando la confiabilidad de los datos y los resultados dados por el modelo.

La investigación de (Kee Kim, y otros, 2014) llamada “Estudio experimental y numérico de las características aerodinámicas de un álabe del aerogenerador en espiral de Arquímedes” se examinan las características aerodinámicas y el rendimiento del aerogenerador diseñada por Arquímedes mediante simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD). Estas simulaciones CFD mostraron que el nuevo tipo de turbina eólica analizada producía un coeficiente de potencia (Cp) de aproximadamente 0,25, que es relativamente alto en comparación con otros tipos de turbinas eólicas de uso

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urbano. Para validar los resultados del CFD, los estudios experimentales se llevaron a cabo utilizando un modelo a escala.

En el estudio de (Rao, Shanmukesh, Naidu, & Kalla, 2018) denominado

“Diseño y análisis del álabe de la turbina eólica de Arquímedes para velocidades de viento ligeras y moderadas” evaluaron la turbina eólica de Arquímedes y un diseño especial de esta última adoptada para la generación de electricidad doméstica, donde el objetivo fue la comparación del torque de la turbina eólica de Arquímedes (AWT) con una turbina eólica aerodinámica de Arquímedes (AAWT). El diseño del nuevo álabe del aerogenerador se realizó mediante la introducción de NACA 6409 utilizando el software CREO y el análisis de dinámica de fluidos de computación (CFD) y así pudieron estimar las características de torsión del álabe de AAWT, de este análisis (CFD) se concluyó que el torque obtenido por el AAWT es mayor a velocidades de viento ligeras y moderadas, lo que significa que es más adecuado para zonas urbanas.

En la investigación de (Li, Seong Ji, Ho Beak, Mieremet, & Chun Kim, 2016) denominada “Efecto de la dirección del viento en las estructuras cercanas a la estela de un álabe de turbina eólica en espiral de Arquímedes”

examinaron el efecto de la dirección del viento para los planos de medición de los frentes de 0° a 15°, las características aerodinámicas en la estela cercana al álabe de la turbina eólica se investigaron utilizando el método de velocimetría de imagen de partículas (PIV), obteniendo laboratorios de velocidad promediados en conjunto y en fase, tanto en la parte delantera como en la parte de sotavento de la pala, con diversos ángulos de ataque; sin embargo, la velocidad de la estela disminuye con el aumento del ángulo de ataque. En este estudio comprobaron que la trayectoria de los vórtices de punta varía significativamente en el plano frontal lateral en comparación con el plano de sotavento cuando el ángulo de ataque es superior a 10°. Estos resultados proporcionan información útil cuando la turbina eólica en espiral de

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Arquímedes se instala en el tejado de un edificio en el que cabe esperar un flujo de viento ascendente.

La investigación de (Ozeh, Mishra, & Wang, 2019) llamada (Mini turbina eólica para la generación y almacenamiento de energía a pequeña escala (modelo de turbina eólica de Arquímedes)) es un informe experimental sobre el diseño y la prueba de viento del prototipo de la turbina eólica de Arquímedes, además de realizar cálculos para calibrar la relación de velocidad punta, la producción de energía y el potencial de producción de energía. Donde utilizaron este diseño de turbina para extraer energía del viento en zonas con regímenes de baja velocidad de viento inferiores a 10 m de altura, como lugares comerciales o residenciales, Donde demostraron que el prototipo fue capaz de extraer suficiente energía para cargar un teléfono celular, que el mini aerogenerador de Arquímedes es bastante eficiente a bajas velocidades de viento y muestra un potencial de mayor capacidad de producción de energía que una típica mini turbina eólica de eje horizontal para las mismas condiciones de funcionamiento.

En el estudio de (Rat, Prostean, Filip, & Vasar, 2018) denominado (El modelado y la simulación de una turbina en espiral de Arquímedes para su uso en un sistema de conversión de energía hidrocinética) se configura una turbina en espiral de Arquímedes, para su uso como turbina hidrocinética en una configuración de pasada, donde demuestran que esta turbina es adecuada para su uso como turbina hidrocinética. También muestran que hay una gran variación de potencia en un pequeño rango de velocidad angular;

por lo tanto, se puede obtener gran potencia a una velocidad de rotación muy pequeña, esto apunta a una microcentral hidroeléctrica funcional. La energía que produciría la central se podría utilizar para alimentar zonas remotas o cargas autónomas fuera de la red o enviarse a través de los convertidores de energía apropiados a la red de servicios públicos (la red principal).

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2.2 BASES TEÓRICAS 2.2.1 Máquinas Eólicas

Las maquinas eólicas utilizan vientos formados por diferencia de temperatura en la tierra (Getachew Bekelea, 2013).

Para conocer las fórmulas en aerogeneradores se debe iniciar con la energía cinética de las masas de viento (Getachew Bekelea, 2013).

𝐸

_𝐶

=

¹

2

∗ 𝑚 ∗ 𝑉

²

… … … (

2.1) Donde:

𝐸_𝐶: Energía 𝑚: Masa

𝑉: Velocidad del viento

𝑒 =

¹

2

∗ 𝜌 ∗ 𝑣

²

… … … (

2.2)

Por ser fluido se utiliza la formula de continuidad que es igual al caudal.

𝑄 = 𝐴 ∗ 𝑣 … … … (2.3)

Entonces la potencia de los aerogeneradores estarían determinado como.

𝑃 = 𝑒 ∗ 𝑄 =

¹

2

∗ 𝜌 ∗ 𝐴 ∗ 𝑣

³

… … … (

2.4) Donde:

𝑃 :

Potencia mecánica en el eje

𝐴 :

Área a cubrir

𝑣 :

Velocidad

(20)

𝜌 :

Densidad del aire 1,225

𝑘𝑔/𝑚

³

Figura 2.1: Área determinado por las aspas del aerogenerador Fuente: (Bonilla, Gonzales, Nguyen, & Glaze, 2014)

La coeficiente de Betz es :

𝐶

_𝑝

=

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐶𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑎 𝜌∗𝐴∗𝑣3

2

… … …

(2.5)

2.2.2 Alabes basado en el tornillo de Arquímedes

La investigación comenzó con una empresa holandesa el año 2006;

el invento se baso en la serie de Fibonacci . La empresa denominó al aerogenerador como Liam F1 sus características fueron de 1.5 metros y un peso de 100 kg con arrancas a velocidades mayores de 2 m7s y una potencia máxima de 1.5 kW pero la eficiencia es de 12% llegando hasta 52 5 en los siguientes 5 años.

Figura 2.2:Aplicación de la Espiral Fibonacci Fuente: (Rat, Prostean, Filip, & Vasar, 2018)

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En el siguiente año es decir 2007 la universidad de TU Delft realizó estudios de esfuerzos mecánicos del álabe concluyendo que la “resistencia aumenta con el viento que pasa a través de los alabes”. En este estudio la eficiencia llego aun 10%.

Figura 2.3: Turbina de Arquímedes Fuente: (Chalmers, Wu, & Spooner, 1999)

Del dibujo se puede observar la disposición en 120 grados de los alabes la ubicación es simétrica y su estructura es piramidal. Para los cálculos matemáticos se deben determinar los siguientes supuestos.

• “Flujo incompresible y constante”;

• “El fluido se desplaza al volumen de control paralelo al eje giratorio”.

• “Las cantidades de flujo de masa en los tres límites de salida son las mismas entre sí”.

• “La velocidad relativa de salida es constante en el límite de salida y la dirección de la velocidad es paralelo a la dirección tangencial en el borde de los álabes”.

El par y la potencia para el momento con control de volumen se obtiene de la ecuación 2.6.

𝑑

𝑑𝑡

∫ (𝑟𝑥𝑉)𝜌𝜕𝑉 + ∫ (𝑟𝑥𝑉)𝜌𝑉. ñ𝑑𝐴 = ∑(𝑟𝑥𝐹) … … … …

_𝐶𝑉 _𝐶𝑆

(

2.6) La ecuación 2.6 es la ecuación del momento angular basada en el control del volumen. Desde el estado estacionario, el primer término de la

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ecuación 2.6 se convierte en cero debido a la independencia del tiempo, y la ecuación 2.6 se puede simplificar como la ecuación 2.7:

∫ (𝑟𝑥𝑉)

_𝐶𝑉

𝜌𝑑𝑉. ñ𝑑𝐴 = ∑(𝑟𝑥𝐹)

… … … (2.7)

La ecuación de continuidad en un volumen de control fijo está representada por la ecuación 2.8:

𝜕

𝜕𝑡∫ 𝜌𝑑𝑉_𝐶𝑉 + ∫ 𝜌𝑊. ñ𝑑𝐴_𝐶𝑉 = 0 … … … (2.8)

A partir de la Hipótesis del estado estacionario, el primer término de la ecuación 2.8 se convierte en cero debido a la constante densidad. A sí mismo, el segundo término significa la suma de las cantidades de flujo de masa que pasan a través del control de volumen. La ecuación 2.8 se logra simplificar a la ecuación 2.9:

−𝑚 ̇_𝑖𝑛+ −𝑚 ̇_𝑜𝑢𝑡 = 0 … … … (2.9)

Figura 2.4: (a) Vista lateral; (b) Geometría de la pala Fuente: (Rat, Prostean, Filip, & Vasar, 2018)

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El caudal másico a la entrada y salida del flujo es definido por las ecuaciones 2.10 y 2.11 usando parámetros de forma predefinidos:

𝑚 ̇_𝑖𝑛= 𝜌𝑈_𝛼𝑆𝑖𝑛𝛾 𝑥 𝜋 (^𝑅¹^{+ 𝑅}²

2 ) 𝑆₁… … … (2.10) 𝑚 ̇_𝑜𝑢𝑡 = 3𝜌𝐴_𝑜𝑢𝑡𝑊_𝜃… … … . … . . … … (2.11)

Donde:

𝑊_𝜃 : componente tangencial de la velocidad relativa

En la figura 2.5 (a) se presenta un diagrama esquemático de la estimación de la zona de salida y la especificación relativa. L1 significa la distancia entre el centro de la parte trasera y la posición x, que es perpendicular a la exterior punta del álabe, L2, la distancia entre la posición de centro de dorso y la posición x, que es perpendicular a punta de pala interior. A partir de la figura 2.5(a), 𝐴_𝑜𝑢𝑡 puede ser representado por las zonas A1 y A2 utilizando los parámetros de forma, como las ecuaciones que se muestran 2.12 y 2.13.

𝐴

_𝑜𝑢𝑡

= 𝐴

₁

+ 𝐴

₂

… … … …

(2.12) 𝐴_𝑜𝑢𝑡 =¹

2𝑅₁𝐿₁−¹

2𝑅₂𝐿₁+¹

2(𝑅₁− 𝑅₂)(𝐿₂− 𝐿₁) =¹

2(𝑅₁− 𝑅₂)𝐿₂ (2.13) Figura 2.5 (b) muestra el triángulo de velocidad en el límite de salida, que es la relación geométrica entre velocidad relativa, 𝑊, velocidad absoluta, 𝑉, y la velocidad tangencial, 𝑈. En este caso, 𝛽 es el intermedio ángulo entre 𝑊 y 𝑈, y 𝑚 ̇_𝑜𝑢𝑡 se expresa como la ecuación (A3):

𝑚 ̇_𝑜𝑢𝑡 = 3𝜌𝐴_𝑜𝑢𝑡𝑊_𝜃 = 3𝜌¹

2(𝑅₁− 𝑅₂)𝐿₂𝑥𝑊𝑐𝑜𝑠𝛽 =³

2𝜌(𝑅₁− 𝑅₂)𝐿₂𝑥𝑊𝑐𝑜𝑠𝛽 … … … (2.14)

Dónde:

𝑚̇_𝑖𝑛= 𝑚̇_𝑜𝑢𝑡… … … (2.15)

(24)

𝜌𝑈_𝛼𝑠𝑖𝑛𝛾 𝑥 𝜋 (^𝑅¹^+𝑅²

2 ) 𝑆₁ = ³

2𝜌(𝑅₁− 𝑅₂)𝐿₂𝑥𝑊𝑐𝑜𝑠𝛽 … … … (2.16)

𝑊 = ^𝜋𝑈^𝛼^{𝑠𝑖𝑛𝛾(𝑅}¹^+𝑅²^)𝑆¹

3(𝑅₁−𝑅₂)𝐿₂𝑥𝑊𝑐𝑜𝑠𝛽… … … ……… (2.17)

En la figura 7.6 se definición de 𝐴_𝑜𝑢𝑡 y 𝑈, 𝑉 y 𝑊.

2.2.3 Aerogenerador tipo espiral

Este aerogenerador tiene una turbina de rotor en espiral, se trata de un tipo de turbina eólica pequeña basada en el diseño del matemático griego Arquímedes sobre la concha de un género de moluscos cefalópodos llamado nautilus la podemos observar en la figura 2.6. Algunas de las características principales de este diseño son alta eficiencia, baja velocidad de arranque para un alto rendimiento, funcionamiento silencioso, insensibilidad a las turbulencias, bajo mantenimiento y apariencia orgánica.

Figura 2.5: (a) Área de los álabes y (b) Vectores de velocidad tangencial.

Fuente: (Melorose, Perroy, & Careas, 2015)

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Figura 2.6: Aerogenerador tipo espiral de Arquímedes Fuente: dearchimedes.com

2.2.3.1 Diseño del rotor de un aerogenerador tipo espiral

El rotor de Arquímedes puede convertir un movimiento sencillo en un movimiento de rotación, y viceversa y también funciona como un mecanismo de disipación. Esto significa que el rotor puede ser utilizado como molino de viento y agua, así como un ventilador (soplador) o una hélice de barco.

La pala del rotor de Arquímedes es una superficie plana alargada para darle profundidad y, por lo tanto, su forma se percibe como de volumen. A partir de una hoja de papel se puede obtener la forma espacial de una pala de rotor de Arquímedes girando y extendiendo simultáneamente un recorte del plano entre un círculo con radio R y una espiral plana.

Figura 2.7: (a) Espiral de Arquímedes (b) Forma espacial de la espiral de Arquímedes

Fuente: (Melorose, Perroy, & Careas, 2015)

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Podemos dividir los rotores de los aerogeneradores en dos tipos, un tipo de resistencia y un tipo de ascensor.

El rotor de tipo resistencia está generalmente hecho de superficies planas con una relación de velocidad de punta menor o igual a 1. La relación de velocidad de la punta es a la relación entre la velocidad de la punta de la pala del rotor entre la velocidad del viento.

𝑇𝑆𝑅 = (𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑎𝑙𝑎)/(𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜)

El viento trata de alejar el rotor por así decirlo. Se podría comparar esto con un barco propulsado por remos. El barco nunca se moverá más rápido que la velocidad del remo en el agua. Ejemplos del tipo de resistencia de la turbina de viento son el rotor savonius, el turbo y la llamada turbina de viento americana (Melorose, Perroy, & Careas, 2015).

Figura 2.8: Ejemplo de turbina eólica con un rotor tipo resistencia Fuente: https://pixabay.com/photos/savonius-rotor-vertical-wind-

turbine-3084781/

El rotor de tipo de ascensor funciona según el principio de elevación. La pala funciona como el ala de un avión, generando una fuerza de elevación en relación con la pala. Estas palas requieren un mayor grado de precisión y acabado. La relación de velocidad de la punta en estos casos es mayor que 1.

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La velocidad de la punta de la pala es por lo tanto mayor que la velocidad del viento. Una mayor velocidad relativa de la punta significa una mayor eficiencia, pero también está relacionada con un mayor ruido y un diseño más robusto y pesado. Especialmente los pájaros vuelan por el principio del ascensor. Las alas del avión tienen la forma de las alas de un pájaro y proporcionan sustentación. (video goose). Las alas son en la mayoría de los casos paralelas a la dirección del viento.

Sin embargo, la mezcla de resistencia y principio de elevación es un fenómeno natural. Los insectos, como las abejas, pueden generar tanto resistencia como elevación con sus alas de membrana plana. Cambiando la dirección del flujo en relación con el ángulo del ala, se hace posible crear elevación, así como resistencia.

2.2.3.2 El rotor del aerogenerador de Arquímedes

El rotor de Arquímedes tiene las características de ambos. El álabe está construido con láminas planas, puede trabajar con un gran margen de error, produce muy poco ruido (<42 Db) y es ligero. Todas son características de un rotor de tipo resistencia. En cambio, la relación de velocidad de la punta del rotor de Arquímedes es mayor que 1, y su eficiencia es extremadamente alta, característica del tipo de resistencia. La eficiencia de las palas del rotor se ha medido por medio de simulaciones por ordenador, pruebas en el túnel de viento y pruebas de laboratorio en alrededor del 52%. Esto significa que el 52% de la energía cinética disponible en el viento se convierte en movimiento de rotación. La eficiencia máxima teórica alcanzable es del 59%, el llamado Límite de Betz. A pesar de fricción de los cojinetes y la obstrucción a causa de su marco, el Rotor de Arquímedes es capaz de extraer el 88 % de la energía teóricamente viable del viento.

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Figura 2.9: Coeficiente de potencia versus TSR en un aerogenerador de Arquímedes

Fuente: (Melorose, Perroy, & Careas, 2015)

Se puede aprovechar la energía del viento llevando la corriente de viento a una retención general, pero también se puede aprovechar la energía del viento redirigiendo su flujo 90 grados con respecto a la dirección original. En términos relativos, la corriente de viento en su dirección original se ha detenido. La tercera ley de Newton dice que redirigir un objeto con un movimiento rectilíneo requiere fuerza. En total, las corrientes de viento dentro de la turbina de viento son complicadas. Tan complicadas, de hecho, que las simulaciones por ordenador sólo dan una impresión general de los movimientos en y alrededor del Rotor de Arquímedes.

El ángulo en el que el viento es atrapado por el rotor de Arquímedes cambia continuamente durante la rotación. Las corrientes de aire inducidas y la resistencia entre las palas también cambian como consecuencia.

Durante la rotación de las palas parecen estar retrocediendo. Mientras que las fuerzas se distribuyen en toda la hoja. Cuando las cuchillas empezar a rotar estos cambios. Un complejo patrón de fuerza se revela durante la rotación.

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2.2.4 Aerogenerador LIAM F1

El LIAM F1 es un innovador diseño de aerogenerador pequeño, silencioso y asequible basado en los escritos y métodos del matemático griego Arquímedes. En lugar de las tres hélices diseño con el que se puede estar familiarizado, sus tres cuchillas están basadas en la forma de concha de nautilus la comparación se muestra en la figura (2.10), para capturar más energía eólica en un camino más largo, reduciendo la velocidad de

"corte" en la que puede producir energía. Está hecho de un material más ligero para menos resistencia, prácticamente no produce ruido y maneja la turbulencia mejor que los diseños tradicionales. Gira como una veleta para que siempre se enfrente directamente al viento.

El LIAM F1 está diseñado para entornos urbanos, lo que lo hace excepcionalmente adecuado para casas familiares, edificios públicos y comerciales, y edificios de gran altura. A diferencia de los muchos aerogeneradores de forma convencional donde el entorno urbano es un desafío. Puesto que manejar la turbulencia, un fenómeno que ocurre típicamente en los ambientes urbanos causado por edificios, vegetación y otras obstrucciones, no es fácil. De hecho, múltiples turbinas eólicas de LIAM F1 pueden colocarse a poca distancia una de otra, preferiblemente en un patrón triangular.

Dependiendo de las condiciones locales de viento, el LIAM F1 competirá con los paneles solares. En condiciones perfectas, el retorno de la inversión es aún mayor, lo que se traducirá en un plazo de amortización más corto. En promedio, el LIAM F1 produce aproximadamente de 1180 a 1500 kWh anuales (con una velocidad media de viento estimada de 5,2 m/s. Como las velocidades del viento dependen de la ubicación y la altitud.

En resumen, la turbina eólica LIAM F1 ofrece las siguientes ventajas:

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• Altos rendimientos como resultado de la baja velocidad del viento de corte.

• Reducción de su huella de carbono en unos 600 kg anuales, y ayudando a reducir los efectos. de la emisión de gases de efecto invernadero

• Adecuado para casi cualquier techo.

• Bajas vibraciones y baja emisión de ruido.

Figura 2.10: (a) Concha de nautilus (b) Vista frontal del aerogenerador LIAM F1.

Fuente:https://thearchimedes.com/

2.2.4.1 Principales partes del aerogenerador LIAM F1

Las partes principales del aerogenerador en espiral LIAM F1 se presentan en la figura (2.11) y se detallan en la tabla (2.3).

(31)

Figura 2.11: Partes del aerogenerador LIAM F1 Fuente: https://thearchimedes.com/

Tabla 2.1: Detalles de las partes del aerogenerador LIAM F1

N° Nombre Detalles

1 Álabes en espiral Diámetro 1.5 m

2 Generador Potencia nominal de 1kW a 400rpm

3 Freno magnético Torque de 175N-m

4 Marco con sistema de giro Marco fabricado con placa de acero

Sistema de giro se ajusta automáticamente a la dirección del viento Fuente: https://thearchimedes.com/.

2.2.4.2 Especificaciones técnicas del aerogenerador LIAM F1

Las especificaciones técnicas del aerogenerador LIAM F1 se detallan en la tabla (2.4).

(32)

Tabla 2.2: Especificaciones técnicas aerogenerador LIAM F1

Potencia máxima 1.5 kW

Potencia nominal a 10 m/s 510 W

Potencia nominal a 12 m/s Potencia máxima a 15 m/s

880 W 1500 W

Corte de la velocidad del viento 2.5 m/s

Cuchillas CP. a 10 m/s 52

Generador de eficiencia 86%

Eficiencia general 45%

Velocidad viento de supervivencia 35 m/s (IEC61400-1 clase 2)

Cantidad de cuchillas 3

Diámetro de cuchilla 1.50 m

Certificados de producción ISO 9001, CE, IPE (MCS, CSA)

Inversor / controlador 1.5 o 2.0 kW

Generador - Fases 3

Generador - Polos Tensión de salida

12-6 pares 0 - 450 V

RPM máximas a 35 ms^-1 400

Temperatura de funcionamiento -25 <> + 60C

Sistemas de seguridad Eléctrico, mecánico, manual

(33)

Sistema de arranque Ninguno, autoiniciar

Cuchillas de material Fibra de vidrio compuesta, fibra de

Peso +/- 100 kg

Largo x Ancho x Altura 1745 x 1345 x 1760 mm Fuente: https://thearchimedes.com/.

2.2.5 Generador tipo axial

Los denominados generadores axiales utilizan imanes de alto grado de imanación o campos magnéticos los cuales son ubicados al frente de unas bobinas para generar energía eléctrica.

2.2.5.1 Características del diseño de un generador de flujo axial Como se observa en la figura se dispone imanes de distinta polaridad en ambas lados de un bobinado de cobre es decir son paralelas y perpendiculares al eje.

Figura 2.12: Vista transversal de un generador axial Fuente: (Ferreira, Silva, & Costa, 2007)

(34)

2.2.5.2 Configuración de la máquina de imanes permanentes de flujo axial

En las máquinas de flujo axial, el número mínimo de discos es dos (un lado), pero normalmente se usan tres discos (dos lados) para equilibrar las fuerzas axiales y aumentar el área total del espacio de aire. La topología de la máquina de flujo axial de imán permanente unilateral tiene la desventaja de una gran fuerza de atracción no compensada entre el rotor y el estator, lo que implica el uso de un sistema de cojinetes que puede tolerar esto (Ferreira, Silva, & Costa, 2007). Para estructuras de máquinas de flujo axial de doble cara, estas estructuras mecánicas se aplican. Las preocupaciones se eliminan durante el funcionamiento de la máquina, ya que el sistema de doble espacio de aire hace que la fuerza axial total que afecta al disco interior sea insignificante.

Se pueden utilizar varios tipos de máquinas bobinadoras con respecto a la posición o posiciones del estator en relación con la posición de los rotores, estator ranurado o no ranurado (estator ranurado o no ranurado) y dispositivos de bobinado convertirse en flujo axial, lo que da la libertad de elegir la estructura de máquina más adecuada en la aplicación en cuestión. El generador de corriente axial permanente de doble cara con rotor interno se elige principalmente debido a un proceso de fabricación simplificado en el que el rotor se coloca entre dos estatores que se pueden unir fácilmente al bastidor. En comparación con la estructura opuesta, donde el estator se encuentra entre los rotores (Chalmers, Wu, & Spooner, 1999), hay más espacio disponible para el devanado, pero por otro lado las pérdidas de cobre son generalmente mayores.

2.2.5.3 Estructura de los estatores

Aunque los diseños de generadores pueden tener cualquier número de fases, la mayoría de los pequeños fabricantes de turbinas eólicas requieren una máquina trifásica. Los estatores ranurados aumentan en gran medida la magnitud de la densidad de flujo del espacio aéreo debido

(35)

al espacio aéreo más pequeño y, como resultado, reduce la cantidad requerida de imanes permanentes, lo que resulta en ahorros de costos.

para generadores. La ranura puede evocar pulsos de par no deseados, pero si los dos devanados están conectados en serie, un estator puede girar en un cierto ángulo (generalmente la mitad del paso de la ranura) con respecto al otro, lo que resulta ondulación reducida de ranuras y componentes del espacio armónico.

También debe tenerse en cuenta que, en los estatores de ranura, la fuga mutua y las inductancias aumentan en comparación con los estatores sin ranura, lo cual es ventajoso cuando se usa el generador conectado a un convertidor de semiconductores, ya que ayuda a reducir la ondulación de la corriente debido a la conmutación del inversor. Los devanados concentrados tienen bobinas de fase enrolladas alrededor de dientes espaciados, lo que significa que la estructura radial de la máquina es más corta que la de las máquinas de bobinado distribuido (figura 2.10) que generalmente tienen bobinados largos porque la bobina tiene una longitud más corta. La fase debe pasar por las otras bobinas de fase. De esta forma, se reduce el espacio total requerido por la bobinadora concentrada; Este procedimiento también resuelve el problema de disponer los devanados extremos en el espacio limitado entre el eje y el radio interior de los estatores, lo que puede ser un problema para las máquinas trifásicas convencionales. Los devanados distribuidos utilizan más material aislante que los concentrados. Esto da como resultado un sistema de aislamiento más confiable y factores de llenado más altos para los devanados concentrados.

Figura 2.13: (a) Bobinados concentrados y (b) Bobinados distribuidos Fuente: (Ferreira, Silva, & Costa, 2007)

(36)

2.2.5.4 Estructura del rotor

Los imanes permanentes en el rotor interno de una estructura de doble cara se pueden ubicar en la superficie o dentro del disco del rotor.

De esta

manera, el flujo principal puede fluir axialmente a través del disco del rotor o fluir circunferencialmente a lo largo del disco del rotor. Dado que los imanes permanentes están ubicados en la superficie del disco del rotor, no se requiere un núcleo ferromagnético del rotor y la longitud axial se reduce significativamente, mejorando así la densidad de potencia de la máquina.

La estructura del rotor elegida consiste en un disco perforado no magnético para soportar los imanes permanentes. En comparación con los imanes permanentes montados en la superficie de un disco de rotor sin taladrar, esta solución implica el mecanizado y la manipulación de piezas de medio imán. La ruta de flujo asociada con la topología de esta máquina se muestra en la figura 2.11. El flujo se mueve axialmente en el bastidor del rotor y termina su ruta regresando circunferencialmente alrededor de los núcleos de los estatores.

Figura 2.14: Plano 2D

Fuente: (Ferreira, Silva, & Costa, 2007)

(37)

2.2.6 Definiciones conceptuales Variable Independiente: Álabe

Estructura mecánica con disposición especial alrededor de un eje, son utilizados para aprovecha la energía cinética de los fluidos.

Variable Dependiente: Potencia eléctrica

Fuerzas aplicas para realizar trabajo o desplazamiento de electrones se puede expresar en amperios, voltios y watts.

2.2.7 Definiciones operacionales

• Variable Independiente: Álabe

Variable que especifica las características, formas y resistencia del álabe.

• Variable Dependiente: Potencia eléctrica

Variable que especifica variación de potencial entre dos puntos y variación de corriente entre los mismos.

Tabla 2.3: Variable dependiente Variable Dependiente: Potencia Eléctrica

Definición conceptual Dimensiones Indicador Instrumento Fuerzas aplicas para

realizar trabajo o desplazamiento de electrones se puede expresar en amperios, voltios y watts.

Potencia Eléctrica, Watts Vatímetro y voltímetro digital.

Fuente: elaboración propia.

(38)

Tabla 2.4: Variable independiente Variable Independiente: Álabe

Definición conceptual Dimensión Indicadores Tratamiento

Estructura mecánica con disposición especial alrededor de un eje, son utilizados para aprovecha la energía cinética de los fluidos.

Forma del álabe Velocidad de la turbina Análisis de la resistencia de la hoja de los álabes.

Posición de la estructura del

aerogenerador Estabilidad del generador Análisis de la estructura giratoria

Forma de la estructura de

soporte Configuración del soporte

Construir los soportes considerando la ventilación y mejor recepción de energía eólico y solar.

Altura del mástil Distancia vertical en metros de

sistema Hibrido Construir mástil con diferentes alturas.

Altura del mástil Distancia vertical en metros de

sistema Hibrido Construir mástil con diferentes alturas.

(39)

2.3 SISTEMA DE HIPÓTESIS 2.3.1 Hipótesis General:

H1: “Si el diseño del álabe cuenta con un buen ángulo de incidencia y mejor ángulo de ataque tendrá mayor fuerza de sustentación que a su vez se incrementará la potencia eléctrica del aerogenerador tipo espiral”.

H0: “Si el diseño del álabe no cuenta con un buen ángulo de incidencia y mejor ángulo de ataque tendrá poca fuerza de sustentación que a su vez no incrementará la potencia eléctrica del aerogenerador tipo espiral”.

2.3.2 Hipótesis Específicos

• Si se realizar el diseño de un prototipo de aerogenerador tipo espiral se incrementará la potencia eléctrica del aerogenerador tipo espiral.

• Si se ejecuta el procesamiento de los datos de potencia generada se observará el incremento de la potencia eléctrica del aerogenerador tipo espiral.

(40)

Capítulo 3:

ASPECTOS METODOLÓGICOS 3.1 TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACION

3.1.1 Tipo de Investigación:

Se utilizó la investigación tecnologica por que se busca mejorar las eficiencias de maquinas ya existentes.

3.1.2 Nivel de Investigación

El nivel de investigación que se utilizó fue la aplicada porque para la búsqueda de conocimientos se pone en practica prototipos creados por el autor a favor de la sociedad.

(41)

3.2 MÉTODO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 3.2.1 Método

El método que se utilizó fue el sistémico porque se analizó todas las partes de aerogenerador buscando mejorar su eficiencia y luego se analizó los resultados de todo el aerogenerador.

3.2.2 Diseño

Se aplicó el diseño con grupo control, pre prueba y post prueba, para lo cual se empleará dos grupos uno experimental y el otro de control. Donde los elementos han sido asignados aleatoriamente. Se les administrará simultáneamente la prueba y post prueba.

3.3 Población y muestra

La población y muestra fueron las potencias eléctricas obtenidas del prototipo elaborado por el autor.

3.4 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCION DE DATOS

La técnica que se utilizó fue la de observación directa, se emplearon hojas de cotejo e instrumentos eléctricos.

3.5 TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO DE DATOS

Para el procesamiento de datos se empleó gráficos de dispersión, gráfico de cajas y para validar la hipótesis se empleó la diferencia de las medias de los datos.

.

(42)

Capítulo 4:

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

4.1 RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN

4.1.1. Construcción del prototipo de aerogenerador tipo espiral.

En la figura 4.1 se muestra una fotografía donde el equipo de trabajo de la investigación analiza el módulo “prototipo 1” del aerogenerador tipo espiral que se construyó, comparándolo con el diseño virtual que se tomó como referencia. Este módulo fue el primero en construirse y se utilizó como un modelo para mejorar la construcción del “prototipo 2”.

(43)

Figura 4.1: Comparando el diseño con el modulo “prototipo 1”

Fuente: Elaboración propia

En la figura 4.2 se muestra el modulo “prototipo 1” del aerogenerador tipo espiral tamaño a escala que se construyó a partir del diseño virtual, con este módulo se realizaron pruebas de rendimiento, para observar los detalles a mejorar.

Figura 4.2:Modulo “prototipo 1” a escala Fuente: Elaboración propia

(44)

En la figura 4.3 se muestra el modulo “prototipo 2” de tamaño real, para la construcción de este modulo se tuvo de referencia el diseño virtual y ademas se tomaron en cuenta los detalles que se nesecitaban mejorar.

Figura 4.3:Modulo “prototipo 2” a tamaño real Fuente: Elaboración propia

En las figuras 4.4 y 4.5 se muestran propuestas para que el modulo del aero generador pueda ser incluido en la red electrica de la Universidad

Figura 4.4: Propuesta en el edificio inteligente de la Universidad Nacional del Centro del Perú

(45)

Nacional del Centro del Perú y en el edificio de Huancayo del colegio de ingenieros del Perú figura respectivamente.

Figura 4.5: Propuesta en el colegio de ingenieros del Perú Fuente: Elaboración propia

4.1.2. Toma de datos de velocidad de viento y potencia

Se realizaron la prueba del prototipo del aerogenerador tipo espiral sin ninguna modificación para velocidades de 2.33 hasta 7.62 m/s los valores que se lograron obtener fueron:

Tabla 4.1: Toma de datos de potencia antes de la experimentación

V(m/s) POTENCIA (KW)

2,33 0.43

3.11 0.46

3.39 0.48

3.67 0.51

3.7 0.57

4.1 0.63

4.3 0.68

4.44 0.7

4.6 0.75

4.89 0.79

5.33 0.83

5.66 0.88

5.72 0.93

5.87 1.04

5.92 1.36

6.17 1.66

(46)

6.28 1.72

6.5 1.94

6.89 2.05

7.1 2.23

7.5 2.65

7.62 2.86

Luego de realizar un buen estudio de ángulo de incidencia, se mejoró el ángulo de ataque y se obtuvo una mayor fuerza de sustentación, lograndose mejoras del aerogenerador tipo espiral. Se observa los resultados obtenidos tanto de potencia como de tensión.

Tabla 4.2: Toma de datos de potencia y tensión después de la experimentación

km/h voltaje m/s POTENCIA (KW)

8.39 111.8 2.33 0.5

11.20 115.11 3.11 0.53

12.20 119.37 3.39 0.57

13.21 125.5 3.67 0.63

13.32 130.38 3.7 0.68

15.12 132.29 4.2 0.7

15.48 134.16 4.3 0.72

15.98 139.64 4.44 0.78

16.56 144.05 4.6 0.83

17.60 145.77 4.89 0.85

19.19 151.66 5.33 0.92

20.38 160.47 5.66 1.03

20.59 173.21 5.72 1.2

21.13 180.28 5.87 1.3

21.31 197.48 5.92 1.56

22.21 217.37 6.17 1.89

22.61 217.94 6.28 1.9

23.40 234.52 6.5 2.2

24.80 241.87 6.89 2.34

25.56 259.81 7.1 2.7

27.00 274.77 7.5 3.02

27.43 288.96 7.62 3.34

(47)

Figura 4.6: Potencia medida en las pruebas de laboratorio Fuente : Elaboración propia

En el gráfico de cajas o bigotes se puede apreciar la concentración de datos en los cuatro cuartiles y el promedio de generación donde también se puede afirmar que el prototipo 2 genera mayor potencia eléctrica (valores de datos de potencia después de mejoras del alabe).

Figura 4.7: Grafico de caja, comparación de potencia.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

0 5 10 15 20 25

Pot en ci a de s ali da (K W )

Velocidad del viento (m/s)

Series1 Series2

(48)

4.2 PRUEBA DE HIPOTESIS

La hipótesis nula y alterna planteada fueron los siguientes:

H0: Si el álabe no se diseña de forma adecuada entonces no se incrementará la potencia eléctrica del aerogenerador tipo espiral.

H1: Si el álabe se diseña de forma adecuada entonces se incrementará la potencia eléctrica del aerogenerador tipo espiral.

Nos interesa saber si las potencias medias son iguales en los dos escenarios, para ello realizamos el siguiente contraste de hipótesis:

𝐻0: 𝑢_{𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠} = 𝑢_{𝑑𝑒𝑝𝑢é𝑠} vs 𝐻1: 𝑢_{𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠} ≠ 𝑢_{𝑑𝑒𝑝𝑢é𝑠}.

Es decir, contrastamos que no hay diferencia en las medias de los dos tratamientos frente a la alternativa de que si hay diferencia de otra.

Para lo cual comparamos resultados de antes de la experimentación y después de la experimentación.

Tabla 4.3: comparación de resultados.

V(m/s) POTENCIA (KW) ANTES DESPUES

2,33 0.43 0.5

3.11 0.46 0.53

3.39 0.48 0.57

3.67 0.51 0.63

3.7 0.57 0.68

4.1 0.63 0.7

4.3 0.68 0.72

4.44 0.7 0.78

4.6 0.75 0.83

4.89 0.79 0.85

5.33 0.83 0.92

5.66 0.88 1.03

5.72 0.93 1.2

5.87 1.04 1.3

5.92 1.36 1.56

6.17 1.66 1.89

6.28 1.72 1.9

(49)

6.5 1.94 2.2

6.89 2.05 2.34

7.1 2.23 2.7

7.5 2.65 3.02

7.62 2.86 3.34

Realizamos el análisis de las medias del cual se concluye que existe diferencias, Se observa en la tabla 4.3.

Tabla 4.4: Análisis de medias.

Estadísticos

ANTES_KW DESPUES_KW

N Válido 22 22

Perdidos 23 23

Media 1,1886 1,3723

Desv. Desviación ,74895 ,86874

Varianza ,561 ,755

Mínimo ,43 ,50

Máximo 2,86 3,34

Luego del análisis se concluye que se acepta la hipótesis alterna (H1) y se rechaza la hipótesis nula (H0) es decir si el álabe se diseña de forma adecuada entonces se incrementará la potencia eléctrica del aerogenerador tipo espiral.

(50)

CONCLUSIONES

• Se logró mejorar el incremento de la potencia del aerogenerador tipo espiral empleado diseños virtuales mediante software especializados en simulación de fluidos.

• Los datos de potencia que se obtuvo fueron de 500 watts a velocidades de 2.3 m/s, se debe tener presente que son aerogeneradores con dimensiones de 1.3 m de largo y 1 m de diámetro.

• A medida que se incrementa el área de captación del aerogenerador se podrá generar a menores velocidades de viento, haciendo posible la generación de energía a 2 m/s.

• La construcción de aerogeneradores tipo espiral no son dificultosos si se utilizan técnicas y materiales recomendados.

• El generador que mejor se adapta para estos tipos de aerogeneradores son los de flujo axial con imanes permanentes.

• El aerogenerador de diseño original tiene mayor diámetro de la turbina y baja generación de potencia eléctrica.

(51)

RECOMENDACIONES

• Se recomienda utilizar software de simulación para el diseño de alabes de aerogeneradores porque nos dan una referencia casi exacta para la construcción.

• Se debe realizar mayores investigaciones de los aerogeneradores tipo espiral porque no son muy conocidos en el Perú.

• Se recomienda realizar mayores pruebas del aerogenerador espiral en lugares alejados de la región Junín.

• Se recomienda utilizar estos tipos de aerogeneradores en lugares donde las velocidades de viento son bajas como en la ciudad de Huancayo.

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