Desarrollo, producción y comercialización de un aerogenerador vertical de baja potencia, alta eficiencia y bajo impacto visual para uso doméstico

Abstract

Ante el auge del autoconsumo doméstico de energía eléctrica en Europa en los últimos años y los cambios de la leyes en España en relación a esta materia surgen nuevas tecnología para suplir esta demanda. Actualmente, la misma se encuentra cubierta en su mayoría gracias a los paneles fotovoltaicos, ya que en el ámbito de la energía eólica para uso doméstico todavía existe mucho margen de mejora.

Debido a la falta de una generalización de este último tipo de energía como referente de eficiencia y comodidad en el consumidor doméstico surge la idea central de este proyecto: el «Aerogenerador Inteligente» o «Smart AG». Este es un prototipo de turbina eólica de eje vertical de tipo Darrieus diseñada por el director de este proyecto: Juan Romeo Granados. La misma dispone de cinco palas que giran en torno a un eje móvil, el cual iría conectado a un motor eléctrico. A su vez, está pensado que en el futuro el aerogenerador cuente con un sistema electrónico que permita obtener la máxima eficiencia para la extracción de energía. Para poder cumplir este último objetivo es necesario disponer de las tecnologías y las herramientas adecuadas para ello.

En este proyecto se desarrollan los sistemas necesarios para: • Tomar los valores de tiempos de conmutación de un anemómetro empleado para medir la velocidad lineal del viento. • Tomar los valores de tiempos de conmutación de un sensor de efecto Hall o Holzer empleado para medir la velocidad angular de la turbina. • Activar un sistema de frenado de emergencia de la turbina en caso de sobrepasar la velocidad límite especificada. • Calcular la posición del centro de masas del perfil de ala de la turbina. • Calcular el momento de inercia de la turbina. • Disponer de los valores de velocidad y aceleración del viento y de la turbina para cada instante de tiempo siendo capaz de mostrarlos de forma gráfica. • Calcular el par y la potencia mecánica en el eje de la turbina siendo capaz de mostrarlos de forma gráfica. • Estimar los coeficientes de pérdidas de la turbina. • Dibujar un prototipo de la curva de seguimiento óptimo de la turbina, necesaria para el uso de dispositivos de control vectorial. Para dibujar la real sería necesario sustituir la potencia mecánica en el eje por la potencia eléctrica generada en cada instante por un motor conectado a la turbina.

Given the rise of domestic self-consumption of electrical energy in Europe in recent years and the changes in the laws in Spain in relation to this matter, new technology arises to supply this demand. Currently, this demand is covered mostly by photovoltaic panels, since there is still much room for improvement in the field of wind energy for domestic use.

Due to the lack of a generalization of this last type of energy as a reference of efficiency and comfort for the domestic consumer, the central idea of this project arises: the "Smart Wind Turbine" or "Smart AG". This is a prototype of an Darrieus vertical axis wind turbine designed by the supervisor of this project: Juan Romeo Granados. It has five blades that rotate around a mobile axis, which would be connected to an electric motor. At the same time, it is thought that in the future the wind turbine will have an electronic system that allows obtaining maximum efficiency for energy extraction.

In order to fulfill this last objective, it is necessary to have the appropriate technologies and tools for it. In this project the necessary systems are developed to: • Record the switching time values of an anemometer used to measure the linear wind speed. • Record the switching time values of a Hall or Holzer effect sensor used to measure the angular speed of the turbine. • Activate an emergency turbine braking system if the specified speed limit is exceeded. • Calculate the position of the center of mass of the turbine wing profile. • Calculate the moment of inertia of the turbine. • Have the wind and turbine speed and acceleration values available for each moment of time, being able to display them graphically. • Calculate the torque and mechanical power on the turbine shaft, being able to display them graphically. • Estimate the turbine loss coefficients. • Draw a prototype of the optimum turbine tracking curve, necessary for the use of vector control devices. To draw the real one, it would be necessary to replace the mechanical power on the shaft with the electrical power generated at each moment by a motor connected to the turbine.