1
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, [email protected]
Cardenas Acua Luiggi Anthony, [email protected]
Mendoza Gomero Luis Manuel, [email protected]
ASESOR:
Ing. Vargas Roncal Ral, [email protected]
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: [email protected]
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
Recommended