Diseño de una turbina eólica para vientos generados en carreteras

Abstract

En las últimas décadas, el desarrollo de las ERNC en Chile ha aumentado por diversas razones; Economía mundial, escasez de combustibles fósiles o conciencia medio ambiental, incrementando el interés por instalar y en menor medida desarrollar nuevas tecnologías. Dentro de este escenario, se buscó una nueva alternativa de generación de energía eléctrica, utilizando como fuente la energía eólica generada por vehículos en marcha en carreteras. Para esto se escogió un sistema de eje vertical (VAWT) debido a la opción de utilizar vientos provenientes de diferentes direcciones sin la necesidad de orientarse, y un sistema de álabes que trabajen bajo fuerzas de sustentación (modelo tipo Darrieus). Se presentan antecedentes del desarrollo de turbinas eólicas y se realizan mediciones de la velocidad de viento producida por vehículos. Una vez escogido el perfil aerodinámico a utilizar y sus dimensiones, se programó un código en Matlab y un programa en C++ para obtener las fuerzas de sustentación y de arrastre para diferentes velocidades de viento y TSR en un rango de ángulo azimutal que varía entre 0° y 180°. Al mismo tiempo se desarrolló un sistema de arranque, que permite sacar de la inercia al sistema. Teniendo los datos básicos de viento y fuerzas involucradas, se diseñaron elementos mecánicos mediante cálculos clásicos para estructuras mecánicas y se comparan los resultados obtenidos con los entregados por el softaware Ansys, con el cual se realizó una simulación estructural en elementos finitos. Se diseñó un alternador para generar la energía y se diseñó un sistema eléctrico a 12 V que logre entregar una corriente estable, acumulable y sin caídas de tensión. Se presenta también el modelo en 3D y se adjuntan las planimetrías tanto de los sistemas mecánicos, como del esquema eléctrico y sus conexiones. Finalmente se realizó una evaluación económica, sensibilizando el proyecto en 3 escenarios, conociendo así un estimado del VAN y el TIR. Palabras claves: Aerogenerador de eje vertical _ Energía eólica _ Aspas _ Diseño _ Simulación