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DISEO DE UN AEROGENERADOR CONTRA ROTATORIO CON DOBLE JUEGO DE PALAS PARA

UN MEJOR APROVECHAMIENTO DE LA ENERGA CINTICA DEL VIENTO

AUTORES:

Ponte Torres Yoch, yoch_1021@hotmail.com

Cardenas Acua Luiggi Anthony, luster0810@hotmail.com

Mendoza Gomero Luis Manuel, manu_l23@hotmail.com

ASESOR:

Ing. Vargas Roncal Ral, rvargasr_2@hotmail.com

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Facultad de Ciencias Fsica, E.A.P. Ingeniera Mecnica de Fluidos

Av. Venezuela cdra. 34 Av. Universitaria s/n., Lima

Telfono 945700931, E-mail: cidimf10@gmail.com

Resumen

En mira de la falta energtica a futuro, se estn desarrollando diferentes formas de aprovechar las energas no

convencionales. El modelo del aerogenerador AMC-A1 se disea con dos filas de juego de palas con la finalidad de

aprovechar la mayor cantidad de energa cintica del viento aumentando su eficiencia elctrica. Este fenmeno se

debe a que no toda la energa cintica es aprovechado por la primera fila de juego de palas, y esta remanencia de

energa acciona la segunda fila de juego de palas. Esta energa se puede distribuir a una mayor cantidad de

consumidores o almacenar mayor cantidad de energa elctrica con tan solo un aerogenerador.

En esta investigacin se mejorar el rendimiento de un aerogenerador convencional mediante el diseo

aerodinmico de las paletas y la implementacin de una segunda fila de juego de palas. El ngulo de ataque de la

primera fila y segunda fila de juego de palas se disean en ngulos opuestos con el fin tener giros opuesto en el

momento en que el fluido recorre alrededor del aerogenerador. El eje de la primera fila de juego de palas accionar

el rotor y el eje de la segunda fila de juego de palas accionar el estator convirtiendo este ltimo en un rotor. El giro

opuesto de ambos rotores aumentar la induccin magntica con la finalidad de aumentar la energa elctrica

producida por el aerogenerador.

Palabras claves: Energa, eficiencia elctrica, aerogenerador,

Abstract

In looking to the future lack energy, are developing different ways of tapping non-conventional energy. The wind

turbine model AMCD-A1 is designed with two rows of blades set in order to take advantage of the greater amount of

kinetic wind energy to increase its electrical efficiency. This phenomenon is because not all the kinetic energy is

used by the first row of blades game, and this energy drives the remanence second row set of blades. This energy can

be distributed to more consumers or store more power with just one wind turbine.

In this research, the performance of a conventional wind turbine is enhanced by the aerodynamic design of the

blades and the implementation of a second row of blades game. The angle of attack of the first row and second row

of blades set at opposite angles are designed in order to have opposite spins in time the fluid travels around the

turbine. The axis of the first row of the set of blades actuated rotor shaft of the second row of game trigger the stator

blades latter becoming a rotor. The opposite rotation of both rotors increases the magnetic induction in order to

increase the electrical energy produced by the wind turbine.

Keywords: Energy, electrical efficiency, wind turbine.

2

1. INTRODUCCIN

Dentro de las energas renovables, la energa elica es

una de las que mayor desarrollo y aplicacin tiene en la

actualidad. Como un aporte a ese desarrollo se realiza

este trabajo de investigacin en ingeniera aplicada.

El aerogenerador contrarrotatorio es un prototipo de

prueba cuyos resultados se esperan sean ms eficientes

que en un modelo tradicional. En su funcionamiento, el

aerogenerador contrarrotatorio trata de aprovecha la

mayor cantidad de energa proveniente del viento para su

posterior transformacin en energa elctrica.

El diseo posee un doble juego de palas cuyos

movimientos rotatorios sern opuestos. El primer juego

de palas acciona el disco embobinado y el segundo, el

disco de imanes. Con esta interaccin contrarrotatoria se

espera generar una mayor induccin magntica,

aumentado la fuerza electromotriz en el generador elico.

Figura 1. Generador contrarrotatorio.

2. PLANTEAMIENTO DE ESTUDIO

El estudio general de proyecto se realizar mediante la

siguiente secuencia:

- Etapa 1 En esta primera parte se disear el sistema de

embobinado del generador elctrico as como el

diseo del disco de imanes.

- Etapa 2 Se disearn los perfiles aerodinmicos de las palas

y la veleta del aerogenerador.

- Etapa 3 Se disear el armazn, la cubierta y torre de giro

del aerogenerador.

- Etapa 4

Realizar el ensamblaje de las partes mecnicas en el

CAD Inventor.

3. OBJETIVO GENERAL

La finalidad del proyecto es aumentar el potencial

elctrico mediante el aumento de las revoluciones de giro

entre el rotor y estator.

4. OBJETIVOS ESPECFICOS

Innovar en el diseo mecnico del generador elctrico axial del aerogenerador.

Utilizar la energa remanente por medio de un segundo juego de palas.

Aumentar la induccin magntica en el generador elctrico.

Disear el aerogenerador en un CAD. Realizar una simulacin fluidodinmica en ANSYS

CFX.

Realizar una comparacin de potencial elctrico entre el aerogenerador de una pala y el

aerogenerador contra rotatorio.

5. HIPTESIS GENERAL

Los aerogeneradores funcionan aprovechando la energa

cintica del viento. Esta energa cintica del viento se

transforma en energa mecnica por medio del perfil

aerodinmico de las palas, las cuales generan

sustentacin, creando un momento angular a travs del

eje del aerogenerador.

La hiptesis general del proyecto parte de la relacin de

velocidades antes y despus del aerogenerador como se

muestra en la figura.

Figura 2. Volumen de control.

3

Siendo la relacin de velocidades entre la salida y la

entrada de 1 en 3 o de 1 en 2 respectivamente,

dependiendo del diseo del perfil aerodinmico de las

palas.

La energa cintica de salida es llamada energa de

remanencia. Esta energa puede ser aprovechada por el

segundo juego de palas aumentando la eficiencia

energtica del aerogenerador.

Figura 3. Volumen de control.

6. HIPTESIS ESPECFICA

Basndose en la ecuacin de la fuerza electromotriz para

generadores elctricos axiales.

( ) ( ) ( )

Donde es la velocidad de giro del eje, dependen de la geometra del rotor, es el campo magntico creado por los imanes, nmero de espiras y numero de bobinas. Considerando ( ) constante, se observa que la fuerza electromotriz de un generador elctrico axial queda en

funcin del nmero de revoluciones del eje del

aerogenerador.

( )

Con esta hiptesis se espera alcanzar en el aerogenerador

contra rotario AMC-A1 una mayor energa elctrica para

las mismas condiciones en comparacin con un

aerogenerador convencional.

7. MARCO TERICO

Volumen de control

Es la porcin del espacio que representa la regin en

donde se lleva el estudio fluidodinmico. En el volumen

de control se especifica el anlisis para la entrada y salida

de los fluidos a travs de cierta porcin de superficie

limitada por un volumen.

Densidad y volumen especfico

La densidad es la propiedad de una sustancia la cual se

define como la masa por unidad de volumen. Por lo

general la densidad depende la presin y temperatura.

Para lquidos las variaciones de presin y temperatura en

general afectan muy poco el valor de la densidad. Para la

mayora de los gases la densidad es proporcional a la

presin e inversamente a la temperatura.

( )

Fluido

Un fluido se define como una sustancia que se deforma

de manera continua cuando sobre esta ltima acta un

esfuerzo cortante de cualquier magnitud, por mnima que

sta sea.

Flujo

Es la representacin del movimiento de las partculas de

un fluido.

Viscosidad

Propiedad de los fluidos que expresa la resistencia del

avance del fluido al fluir. Se define como la constante de

proporcionalidad entre el esfuerzo cortante y la razn de

deformacin.

( )

Presin

Se define como la fuerza o el esfuerzo por unidad de

rea.

( )

- Presin esttica o termodinmica: presin real del fluido a medida que este fluye ( )

- Presin dinmica ( ): es el trmino de la energa cintica de un fluido a lo largo de una lnea de

corriente.

(

) ( )

4

- Presin de estancamiento ( ): es la mayor presin obtenible a lo largo de una lnea de corriente.

( )

Sustentacin

La sustentacin es la fuerza generada sobre un cuerpo

que se desplaza a travs de un fluido, con direccin

perpendicular a la velocidad de la corriente incidente.

Perfil aerodinmico

Se denomina perfil alar, perfil aerodinmico o

simplemente perfil, a la superficie sustentadora que al

desplazarse a travs de un fluido es capaz de crear a su

alrededor una distribucin de presiones que genere

sustentacin necesaria y al mismo tiempo una resistencia

a su avance.

Centro de presin

El centro de presin es el punto sobre el cual se debe

aplicar la resultante de todas las fuerzas ejercidas por el

campo de presin sobre la superficie.

Ecuacin de energa

El trabajo del flujo se expresa en funcin de las

propiedades del fluido. El trabajo del fluido es

conveniente verlo como parte de la energa fluyente y

llamarlo energa del fluido.

Esta energa mecnica del fluido fluyente expresada en

unidad de masa se representa de la siguiente manera,

Bajo las hiptesis bsicas de flujo no viscoso,

estacionario, incompresible y a lo largo de una lnea de

corriente se tiene:

( )

energa de presin.

energa cintica del fluido.

energa de altura.

Intensidad ( )

Flujo de carga elctrica por unidad de tiempo que recorre

un material. Se debe al movimiento de los electrones en

el interior del material.

( )

Voltaje ( )

Es la diferencia de potencial entre dos puntos o la

diferencia de potencial de energa elctrica por la unidad

de carga elctrica entre dos puntos.

Resistencia ( )

La resistencia elctrica de un objeto es una medida de su

oposicin al paso de corriente.

Campo magntico ( )

Un campo magntico es un campo de fuerza creado como

consecuencia del movimiento de cargas elctricas (flujo

de la electricidad).

8. VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Genera mayor potencial elctrico que un aerogenerador convencional.

Aprovechamiento de la energa elica sin necesidad de combustibles fsiles.

La energa se puede almacenar en bateras para su posterior uso.

Puede instalarse en zonas urbanas y rurales. Su fabricacin y mantenimiento es un poco ms

costoso que un aerogenerador convencional.

El aerogenerador genera mayor fuerza de arrastre debido a que la utilizacin se basa en el principio de

sustentacin y arrastre aerodinmica.

5

9. PROCEDIMIENTO DE CALCULO

9.1. Diseo de la bobina.

Figura 4. Disco con una bobina

- Fuerza electromotriz en la bobina

La fuerza electromotriz producida por una bobina del

generador elctrico en funcin de las revoluciones del

aerogenerador es:

( ) ( ) ( )

Donde ( ) es la velocidad de giro de la bobina expresada en revoluciones por minuto, ( ) campo magntico, ( ) nmero de espiras.

- Potencia elctrica en la bobina

La potencia elctrica generada por el generador elctrico

axial se expresa como:

De:

( )

Donde Resulta ser la potencia elctrica producido por una bobina.

- Resistencia de una bobina

( )

Donde ( ) es la resistividad del material, ( ) seccin transversal del material, ( ) longitud del material.

El clculo de la resistencia de la bobina depende de la

longitud total del alambre de cobre en la bobina. Esta

longitud resulta ser el doble de multiplicado por el nmero de espiras ( ), debido a que la induccin magntica se genera solo a lo largo del embobinado de

longitud .

( )

Reemplazando la ecuacin ( ) en la ecuacin ( ) se obtiene:

(

) ( )

6

9.2. Diseo de los imanes en el disco.

Figura 5. Disco con un imn.

Donde:

(

) (

) ( )

( (

)

) (

) ( )

Debido a que no todo el sector circular est compuesto

por imanes, se agrega a la ecuacin (1) un factor de

correccin.

: Factor geomtrico de correccin

(

) ( )

9.3. Clculos tericos del generador elctrico.

Figura 6. Geometria de una bobina.

Datos de diseo del generador elctrico.

Datos de la bobina

R2 0.15

D2 0.04

H 0.05

NB 12

N 70 ( )

Datos del cobre

0.0172

( ) 1.5 ( )

Datos del imn

B 0.3 ( )

7

Relaciones geomtricas obtenidas a partir de la

( )

( )

( )

(

) ( )

Resultados obtenidos partir de las ecuaciones 13, 14, 15,

16, 17, 18 y 19 con los datos de las tablas (1), (2), (3).

L 0.05043145

R1 0.09956855

D1 0.02599261

I1 0.05290214

I2 0.04893266

0.78561917

R 0.06872038

Cuadro 4.

En el diseo se establecen el nmero de bobinas ( ) en 12, alrededor de un disco con radio de 0.3m. Debido a

que las doce bobinas se conectan en serie la potencia

elctrico total del generador elctrico resulta:

Siendo las potencias las mismas para cada bobina P,

entonces:

( )

La ecuacin ( ) y (16) en la ecuacin ( ):

( ( ) ( ) )

( )

Visualizacin de las bobinas y los imanes

Figura 7. Distrubucin de las 12 bobinas.

Figura 8. Distrubucin de los 12 imanes.

Grfica de la potencia vs revoluciones a partir de la

ecuacin ( ), a partir de los datos de los cuadros.

Figura 9. Grafica de KW-h vs rpm.

0

50

100

150

0 50 100 150 200 250

KW

-h

Revoluciones (rpm)

8

9.4. Diseo de las palas.

Por medio del software xflr5 se exporta los datos

correspondiente a las abscisas y ordenas de toda una

serie de perfiles aerodinmicos de la serie de cuatro

dgitos, debido a que esta serie presenta buena

eficiencia en presencia de flujo subsnico.

Entre todos estos perfiles se escogieron los perfiles

NACA 4310 y NACA 5310 debido a las siguientes

especificaciones:

Costos en su construccin.

Minimizacin del arrastre.

Peso del ala.

Espesor mnimo para el eje de soporte.

9.4.1. Naca 4310.

Las coordenadas del perfil NACA 4310 son:

x y (Superior) y (Inferior)

1 0 0

0.97289 0.00721 -0.00856

0.92569 0.0174 -0.0141

0.86783 0.02902 -0.01694

0.80323 0.04089 -0.01757

0.73438 0.05228 -0.01653

0.66315 0.06267 -0.0145

0.59105 0.07172 -0.01222

0.51933 0.07914 -0.01048

0.44909 0.08473 -0.00998

0.38128 0.08835 -0.00943

0.31678 0.08994 -0.00836

0.25639 0.08879 -0.00699

0.20083 0.08348 -0.00555

0.15079 0.07471 -0.00421

0.10691 0.06339 -0.00308

0.0698 0.05046 -0.00223

0.04001 0.03686 -0.00166

0.01811 0.02347 -0.00132

0.00461 0.011 -0.00113

0 0 0 Cuadro 5.

9.4.2. Naca 5310.

Coordenada del perfil NACA 5310:

x y (Superior) y (Inferior)

1 0 0

0.97289 0.00797 -0.00826

0.92569 0.01941 -0.01293

0.86783 0.03244 -0.01445

0.80323 0.04572 -0.01345

0.73438 0.05842 -0.01067

0.66315 0.06998 -0.00698

0.59105 0.07999 -0.00332

0.51933 0.08816 -0.00069

0.44909 0.09428 0.00001

0.38128 0.09822 0.00043

0.31678 0.09993 0.00119

0.25639 0.09858 0.00202

0.20083 0.09239 0.00272

0.15079 0.08224 0.0031

0.10691 0.06925 0.00307

0.0698 0.05457 0.0026

0.04001 0.03935 0.00176

0.01811 0.02464 0.00069

0.00461 0.01131 -0.00037

0 0 0 Cuadro 6

9.4.3. Clculo del Coeficiente de sustentacin.

El clculo del coeficiente sustentacin del perfil se

realizar por medio del mtodo vrtices discretos

que toma como punto de partida el aspecto

matemtico en el centro de rotacin de los fluidos

(vrtice) siendo este la intensidad de la circulacin.

El mtodo de vrtices discretos es un mtodo

matemtico de la aerodinmica centrando el clculo

en x vrtices alrededor de y puntos con ngulos

de pendiente correspondientes a la lnea media del

perfil.

9

Figura 10. Esquema del mtodo de vrtices discretos

El mtodo de vrtices discretos se representa bajo la

siguiente forma:

( )

[ ] ( )

Donde:

: El ngulo de la pendiente de la lnea media en el

punto de referencia

: Angulo de ataque (ngulo entre la direccin del fluido

y la lnea entre el borde de ataque y borde de fuga)

La parte izquierda de la ecuacin representa una matriz

y la parte derecha una matriz columna que se puede

representar mediante la siguiente forma:

( ) ( )

( ) ( )

Donde se tiene que:

( )

El coeficiente de sustentacin para un perfil resulta ser:

( )

Con el valor del coeficiente de sustentacin se define la

fuerza de sustentacin generada por el paso del fluido

alrededor de un perfil aerodinmico como:

( )

Donde:

: Densidad del fluido incidente.

: Velocidad del fluido incidente.

: Superficie alar.

9.4.4. Geomtrico de la pala.

Para el diseo de las palas se realiza una solevacin del

perfil aerodinmico cuyas cuerdas miden 20cm, 25cm,

15cm, 10cm y una envergadura de 1m para luego realizar

su estudio aerodinmico.

Figura 11. Solevacin de los perfiles NACA 5310.

Ver ANEXO 1 para los datos de las cuerdas y

envergadura del perfil.

A la pala se le realiza una torsin de con respecto a su envergadura con la finalidad de aumentar su eficiencia

de sustentacin en el extremo de la pala ya que en esta

regin disminuye la cuerda de los perfiles causando una

menor sustentacin segn la formula (25).

Nota: La sustentacin est en funcin de la superficie

alar.

10

Figura 12. Pala del perfil NACA 5310

Figura 13. Pala del perfil NACA 4310

Para el estudio de la aerodinmica de la pala como

primer punto de partida se calcula el coeficiente de

sustentacin mediante el mtodo del vrtice discreto.

La ecuacin (20), (21), (22), (23) y (24) se programan en

el software MATLAB debido a que se llega a un

desarrollo matricial de 100x100 tomando 100 vrtices y

100 puntos de referencia en la ecuacin (20).

Dnde: y .

Previamente el ngulo de ataque (ecuacin 20) de la

pala inicia con (este ngulo corresponde al ngulo de

instalacin en el aerogenerador) y termina en el otro

extremo de la pala con su torsin, siendo este ngulo:

El primer ngulo corresponde al ngulo de instalacin en

el aerogenerador. El segundo ngulo corresponde al

ngulo de torsin de la pala.

11

Haciendo una proporcin geomtrica por cada centmetro

de envergadura se obtiene los 100 ngulos de ataque para

el clculo de 100 coeficientes de sustentacin a lo largo

de la pala.

Estos ngulos de ataque se derivan al programa realizado

en MATLAB para la operacin de los coeficientes de

sustentacin.

Tomando como ejemplo tres secciones de la pala

mostrado en la siguiente figura.

PERFIL 4310

Figura 14. Secciones de estudio en la pala.

Envergadura ngulo de ataque Cef. Sustentacin

E (m) alfa Cl

0-0.01 45.3 5.28297636

0.49-0.5 60 6.258289815

0.99-1 75 6.885983663

Cuadro 7.

Para unas condiciones de viento de 3m/s en la ecuacin

(25) se tiene:

Altura Superficie Alar Velocidad Fuerza

h (m) S(m2) V(m/s) F (N)

0.01 0.002008333 3 0.06159092

0.01 0.0020125 3 0.07311286

0.01 0.001008333 3 0.04030624 Cuadro 8.

PERFIL 5310

Bajo la misma metodologa de trabajo se obtienen los

datos siguientes resultados para esas tres superficies:

Envergadura ngulo de ataque Cef. Sustentacin

E (m) alfa Cl

0-0.01 45.3 5.467812527

0.49-0.5 60 6.443125982

0.99-1 75 7.070819829 Cuadro 9.

Altura Superficie Alar Velocidad Fuerza

h (m) S(m2) V(m/s) F (N)

0.01 0.002008333 3 0.06374581

0.01 0.0020125 3 0.07527222

0.01 0.001008333 3 0.04138816 Cuadro 10.

Ver anexo (2) datos de la fuerza de sustentacin a lo

largo de toda la pala.

Con los datos obtenidos en MATLAB se puede obtener

la grfica de ngulo de ataque vs coeficiente de

sustentacin.

Figura 15. Curva ngulo de ataque vs coef. De sustentacin a lo largo

de la pala.

Para la pala con perfil NACA 4310 y con unas

condiciones de viento de 3m/s se genera una fuerza

6.55N en el centro de presin de la pala. Para la pala

con perfil NACA 5310 se genera 6.75N.

Ver anexo (3) de datos de fuerza de sustentacin con

diferentes condiciones fluidodimnicas de viento.

0

2

4

6

8

0 50 100

Cl

Alfa

4310

5310

12

Grafica de fuerza de sustentacin vs velocidad de viento.

Figura 16. Curva Velocidad de viento vs fuerza de sustentacin en el

centro de presin en la pala.

9.4.5. Clculo de la velocidad de giro de las

palas.

Para el clculo de la velocidad perifrica de la pala

(velocidad tangencia respecto al eje) se utiliza la

siguiente ecuacin general de turbinas elicas, el

cual toma como parmetro el .

( )

Dnde:

( )

Siendo el la relacin entre la velocidad

perifrica y velocidad del fluido en el juego de

palas.

De la ecuacin (26) se obtiene la siguiente relacin:

( )

Figura 17. Grafica velocidad perifrica del primer juego de pala vs

revoluciones de la pala.

Siendo la relacin de velocidades de la salida entre la

velocidad de entrada para el primer juego de palas la

siguiente:

( )

Figura 18. Volumen de control para el primer juego de pala.

Siendo la velocidad de salida del primer juego de pala en

velocidad de entrada ( ) para segundo juego de pala.

Figura 19. Volumen de control para el segundo juego de pala.

9.5. Diseo de la veleta.

La nica funcin de la veleta es direccionar el

aerogenerador en contracorriente al momento en

que el fluido cambie de direccin. Para esto se

puede disear una veleta con una plancha, pero para

un mejor rendimiento en el direccionamiento se

disea la veleta con un perfil aerodinmico

0

50

100

150

0 5 10 15

F (N

)

V (m/s)

4310

5310

0

5

10

15

20

25

30

0 50 100 150 200 250

Ve

loci

dad

de

pri

me

r ju

en

god

e p

alas

Revoluciones rpm

13

simtrico. Un perfil aerodinmico pierde

sustentacin cuando el ngulo de ataque del fluido

es cero.

Figura 20. Veleta de perfil simtrico.

Figura 21. Veleta de vista de perfil.

9.6. Diseo del armazn del aerogenerador.

9.6.1. Diseo del armazn.

El armazn cumple la funcin de dar soporte a las

partes mviles del aerogenerador. El diseo se

realizar dando forma a planchas de acero de 5

de espesor. Se tiene dos planchas de acero de

seccin circular soldadas a cuatro planchas de acero

de forma rectangular.

Dimensiones del armazn:

Dimetro

(cm)

Espesor(mm) Cantidad

Planchas

delanteras

20 5 2

Plancha

trasera

12.7 5 1

Cuadro11.

Largo

(cm)

Ancho

(cm)

Espesor(mm) Cantidad

Plancha 15 3 0.5 4 Cuadro 12.

Largo

(cm)

Dimetro

(pulg)

Cantidad

Tubos 36 0.5 4 Cuadro 13.

Figura 22. Armazn del aerogenerador.

14

9.7 Diseo de las partes complementarias.

Figura 23. Penos estndares.

Figura 24. Disco del embobinado

Figura 25. Soporte de las palas

Figura 25. Eje secundario de las palas.

9.8 Ensamblaje del aerogenerador.

Figura 26. Ensamblaje del eje y el eje secundario en el armazn.

15

Figura27. Ensamblaje del embobinado soporte de segundo juego de

pala.

Figura 28. Ensamblaje de los juegos de palas.

16

10. CONCLUSIONES

Se innov el diseo mecnico del generador elctrico debido a la interaccin de los imanes y las

bobinas que giran simultneamente en sentidos

opuestos.

Se utiliz la energa elica remanente al implementar el segundo juego de palas en el

aerogenerador contra rotatorio.

Aumento la induccin magntica debido al diseo innovador del generador elctrico, por ello se

genera un mayor potencial elctrico.

Se dise el aerogenerador contra rotatorio en CAD.

Se dise el aerogenerador de tal manera que sus piezas sean fciles de reemplazar en un

mantenimiento correctivo.

11. BIBLIOGRAFA

JHON M. CIMBALA. MECNICA DE FLUIDOS, CENGEL, Segunda Edicin.

ING. IVN SALAZAR VILLANUEVA. ANLISIS DINMICO DE LAS PALAS DE UN

AEROGENERADOR EN UN TNEL DE

VIENTO, INSTITUTO POLITCNICO

NACIONAL, TESIS PARA OBTENER EL

GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS

ING. RAFAEL MEDINA NOGUERN. CLCULO Y DISEO DE LA PALA DE UN

AEROGENERADOR, TESIS PARA OBTENER

EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS.

10. ANEXOS

10.1. Anexo 1.Datos d envergadura y cuerda.

Envergadura Cuerda

E (m) e (cm)

0 20

0.01 20.1666667

0.02 20.3333333 0.03 20.5

0.04 20.6666667

0.05 20.8333333 0.06 21

0.07 21.1666667

0.08 21.3333333

0.09 21.5

0.1 21.6666667

0.11 21.8333333 0.12 22

0.13 22.1666667

0.14 22.3333333 0.15 22.5

0.16 22.6666667

0.17 22.8333333 0.18 23

0.19 23.1666667

0.2 23.3333333 0.21 23.5

0.22 23.6666667 0.23 23.8333333

0.24 24

0.25 24.1666667

0.26 24.3333333

0.27 24.5

0.28 24.6666667

0.29 24.8333333 0.3 25

0.31 24.75

0.32 24.5 0.33 24.25

0.34 24

0.35 23.75 0.36 23.5

0.37 23.25

0.38 23 0.39 22.75

0.4 22.5

0.41 22.25 0.42 22

0.43 21.75

0.44 21.5

0.45 21.25

0.46 21

0.47 20.75 0.48 20.5

0.49 20.25

0.5 20 0.51 19.75

0.52 19.5

0.53 19.25 0.54 19

0.55 18.75

0.56 18.5 0.57 18.25

0.58 18

0.59 17.75 0.6 17.5

0.61 17.25

0.62 17

0.63 16.75

0.64 16.5

0.65 16.25 0.66 16

0.67 15.75

0.68 15.5 0.69 15.25

0.7 15

0.71 14.8333333 0.72 14.6666667

0.73 14.5

0.74 14.3333333 0.75 14.1666667

0.76 14 0.77 13.8333333

0.78 13.6666667

0.79 13.5 0.8 13.3333333

0.81 13.1666667

0.82 13 0.83 12.8333333

0.84 12.6666667

0.85 12.5 0.86 12.3333333

0.87 12.1666667

0.88 12 0.89 11.8333333

0.9 11.6666667

0.91 11.5 0.92 11.3333333

0.93 11.1666667

0.94 11 0.95 10.8333333

0.96 10.6666667

17

0.97 10.5

0.98 10.3333333

0.99 10.1666667

1 10

10.2. Anexo 2. Fuerza de sustentacin a lo largo

de toda la pala.

NACA 4310

Evergadura Cuerda Velocidad Fuerza

E (m) e (cm) V(m/s) F (N)

0 20

0.01 20.16666667 3 0.06159092 0.02 20.33333333 3 0.06237335

0.03 20.5 3 0.06315879

0.04 20.66666667 3 0.06394719 0.05 20.83333333 3 0.06473851

0.06 21 3 0.06553271

0.07 21.16666667 3 0.06632974

0.08 21.33333333 3 0.06712956

0.09 21.5 3 0.06793212 0.1 21.66666667 3 0.06873739

0.11 21.83333333 3 0.06954531

0.12 22 3 0.07035584 0.13 22.16666667 3 0.07116894

0.14 22.33333333 3 0.07198456

0.15 22.5 3 0.07280265 0.16 22.66666667 3 0.07362318

0.17 22.83333333 3 0.07444608

0.18 23 3 0.07527133 0.19 23.16666667 3 0.07609887

0.2 23.33333333 3 0.07692865

0.21 23.5 3 0.07776064 0.22 23.66666667 3 0.07859477

0.23 23.83333333 3 0.07943101

0.24 24 3 0.08026932 0.25 24.16666667 3 0.08110963

0.26 24.33333333 3 0.08195191

0.27 24.5 3 0.0827961 0.28 24.66666667 3 0.08364217

0.29 24.83333333 3 0.08449005

0.3 25 3 0.08533972 0.31 24.75 3 0.08547523

0.32 24.5 3 0.08488961

0.33 24.25 3 0.08429645 0.34 24 3 0.08369581

0.35 23.75 3 0.08308773

0.36 23.5 3 0.08247228 0.37 23.25 3 0.08184951

0.38 23 3 0.08121947

0.39 22.75 3 0.08058223 0.4 22.5 3 0.07993782

0.41 22.25 3 0.07928632

0.42 22 3 0.07862778 0.43 21.75 3 0.07796226

0.44 21.5 3 0.0772898

0.45 21.25 3 0.07661048 0.46 21 3 0.07592435

0.47 20.75 3 0.07523146

0.48 20.5 3 0.07453188 0.49 20.25 3 0.07382566

0.5 20 3 0.07311286

0.51 19.75 3 0.07239355 0.52 19.5 3 0.07166778

0.53 19.25 3 0.07093561

0.54 19 3 0.07019711 0.55 18.75 3 0.06945233

0.56 18.5 3 0.06870133

0.57 18.25 3 0.06794419 0.58 18 3 0.06718095

0.59 17.75 3 0.06641168

0.6 17.5 3 0.06563644

0.61 17.25 3 0.06485529

0.62 17 3 0.06406831

0.63 16.75 3 0.06327554

0.64 16.5 3 0.06247706

0.65 16.25 3 0.06167292 0.66 16 3 0.0608632

0.67 15.75 3 0.06004795

0.68 15.5 3 0.05922724 0.69 15.25 3 0.05840114

0.7 15 3 0.05756971

0.71 14.83333333 3 0.05689192 0.72 14.66666667 3 0.05636881

0.73 14.5 3 0.05584181

0.74 14.33333333 3 0.05531098 0.75 14.16666667 3 0.05477634

0.76 14 3 0.05423796

0.77 13.83333333 3 0.05369587 0.78 13.66666667 3 0.05315011

0.79 13.5 3 0.05260073

0.8 13.33333333 3 0.05204777

0.81 13.16666667 3 0.05149128

0.82 13 3 0.0509313

0.83 12.83333333 3 0.05036787 0.84 12.66666667 3 0.04980104

0.85 12.5 3 0.04923086

0.86 12.33333333 3 0.04865737 0.87 12.16666667 3 0.04808061

0.88 12 3 0.04750062

0.89 11.83333333 3 0.04691747 0.9 11.66666667 3 0.04633118

0.91 11.5 3 0.04574181

0.92 11.33333333 3 0.0451494 0.93 11.16666667 3 0.04455399

0.94 11 3 0.04395564

0.95 10.83333333 3 0.04335439 0.96 10.66666667 3 0.04275029

0.97 10.5 3 0.04214337

0.98 10.33333333 3 0.0415337

0.99 10.16666667 3 0.0409213

1 10 3 0.04030624

Fuerza total 6.55661132

NACA 5310 Evergadura Cuerda Velocidad Fuerza

E (m) e (cm) V(m/s) F (N)

0 20

0.01 20.1666667 3 0.06374581

0.02 20.3333333 3 0.06454612 0.03 20.5 3 0.06534944

0.04 20.6666667 3 0.06615572

0.05 20.8333333 3 0.06696493 0.06 21 3 0.06777701

0.07 21.1666667 3 0.06859192

0.08 21.3333333 3 0.06940963

0.09 21.5 3 0.07023008

0.1 21.6666667 3 0.07105322 0.11 21.8333333 3 0.07187903

0.12 22 3 0.07270744

0.13 22.1666667 3 0.07353842 0.14 22.3333333 3 0.07437192

0.15 22.5 3 0.0752079

0.16 22.6666667 3 0.07604631 0.17 22.8333333 3 0.0768871

0.18 23 3 0.07773023

0.19 23.1666667 3 0.07857565 0.2 23.3333333 3 0.07942332

0.21 23.5 3 0.08027318

0.22 23.6666667 3 0.0811252 0.23 23.8333333 3 0.08197933

18

0.24 24 3 0.08283551

0.25 24.1666667 3 0.08369371

0.26 24.3333333 3 0.08455387

0.27 24.5 3 0.08541595

0.28 24.6666667 3 0.08627989

0.29 24.8333333 3 0.08714566 0.3 25 3 0.08801321

0.31 24.75 3 0.08814425

0.32 24.5 3 0.08753181 0.33 24.25 3 0.08691182

0.34 24 3 0.08628436

0.35 23.75 3 0.08564946 0.36 23.5 3 0.08500718

0.37 23.25 3 0.08435759

0.38 23 3 0.08370072 0.39 22.75 3 0.08303665

0.4 22.5 3 0.08236543

0.41 22.25 3 0.0816871 0.42 22 3 0.08100174

0.43 21.75 3 0.08030939

0.44 21.5 3 0.07961011

0.45 21.25 3 0.07890396

0.46 21 3 0.078191

0.47 20.75 3 0.07747129 0.48 20.5 3 0.07674488

0.49 20.25 3 0.07601184

0.5 20 3 0.07527222 0.51 19.75 3 0.07452609

0.52 19.5 3 0.07377349

0.53 19.25 3 0.0730145 0.54 19 3 0.07224917

0.55 18.75 3 0.07147757

0.56 18.5 3 0.07069975 0.57 18.25 3 0.06991578

0.58 18 3 0.06912571

0.59 17.75 3 0.06832962 0.6 17.5 3 0.06752755

0.61 17.25 3 0.06671959

0.62 17 3 0.06590578

0.63 16.75 3 0.06508618

0.64 16.5 3 0.06426088

0.65 16.25 3 0.06342992 0.66 16 3 0.06259337

0.67 15.75 3 0.0617513

0.68 15.5 3 0.06090377 0.69 15.25 3 0.06005084

0.7 15 3 0.05919258

0.71 14.8333333 3 0.05849244 0.72 14.6666667 3 0.05795144

0.73 14.5 3 0.05740656

0.74 14.3333333 3 0.05685785 0.75 14.1666667 3 0.05630533

0.76 14 3 0.05574907 0.77 13.8333333 3 0.05518909

0.78 13.6666667 3 0.05462545

0.79 13.5 3 0.05405819 0.8 13.3333333 3 0.05348734

0.81 13.1666667 3 0.05291297

0.82 13 3 0.05233511 0.83 12.8333333 3 0.0517538

0.84 12.6666667 3 0.05116909

0.85 12.5 3 0.05058102 0.86 12.3333333 3 0.04998964

0.87 12.1666667 3 0.049395

0.88 12 3 0.04879713 0.89 11.8333333 3 0.0481961

0.9 11.6666667 3 0.04759193

0.91 11.5 3 0.04698467 0.92 11.3333333 3 0.04637438

0.93 11.1666667 3 0.04576109

0.94 11 3 0.04514486 0.95 10.8333333 3 0.04452572

0.96 10.6666667 3 0.04390373

0.97 10.5 3 0.04327894

0.98 10.3333333 3 0.04265138

0.99 10.1666667 3 0.0420211

1 10 3 0.04138816

Fuerza

total 6.7551115

10.3. Anexo 3. Fuerza de sustentacin con diferentes

condiciones fluidodimnicas de viento.

NACA 4310

Velocidad Fuerza

V(m/s) F(N)

1 0.72851237

1.72851237 2.91404948

2.72851237 6.55661132

3.72851237 11.6561979

4.72851237 18.2128092

5.72851237 26.2264453

6.72851237 35.6971061

7.72851237 46.6247916

8.72851237 59.0095019

9.72851237 72.8512369

10.7285124 88.1499967

11.7285124 1.04906E+02

13 123.11859

NACA 5310

Velocidad Fuerza

V(m/s) F(N)

1 7.50568E-01

2 3.00227178

3 6.7551115

4 12.0090871

5 18.7641986

6 27.020446

7 36.7778293

8 48.0363485

9 60.7960035

10 75.0567945

11 90.8187213

12 108.081784

13 126.845983