proyecto luis

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Canadian Engineering Accreditation Board Bureau canadien d’accréditation des programmes d’ingénierie Carrera evaluada y acreditada por: CEAB INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA Ingeniería en Mantenimiento Industrial ELEMENTOS DE MÁQUINAS TURBINA EÓLICA PROFESOR: MANUEL MATA ESTUDIANTE: LUIS MATAMOROS H. 200630310 GRUPO: 01 II SEMESTRE 2009

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Page 1: Proyecto LUIS

Canadian Engineering Accreditation Board

Bureau canadien d’accréditation des

programmes d’ingénierie

Carrera evaluada y acreditada por:

CEAB

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

Ingeniería en Mantenimiento Industrial

ELEMENTOS DE MÁQUINAS

TURBINA EÓLICA

PROFESOR: MANUEL MATA

ESTUDIANTE: LUIS MATAMOROS H.

200630310

GRUPO: 01

II SEMESTRE 2009

Page 2: Proyecto LUIS

2

ÍNDICE

Objetivos ................................................................................................................. 4

Objetivo Principal ................................................................................................. 4

Objetivos Específicos .......................................................................................... 4

Problema ................................................................................................................. 5

Generalidades ..................................................................................................... 5

Energía Eólica ..................................................................................................... 5

Ventajas ........................................................................................................... 6

Desventajas ..................................................................................................... 6

Situación en Costa Rica ...................................................................................... 7

Propuesta ................................................................................................................ 8

Turbinas Eólicas de Eje Horizontal ...................................................................... 8

Turbinas Eólicas de Eje Vertical ........................................................................ 10

Rotor Savonius ............................................................................................... 11

Rotor Darrieus ................................................................................................ 12

Turbina Eólica a Diseñar.................................................................................... 13

Consideraciones de Diseño................................................................................... 14

Requisitos Generales ........................................................................................ 14

Uso .................................................................................................................... 14

Mantenimiento ................................................................................................... 14

Criterios para Cálculos ...................................................................................... 14

Cálculos ................................................................................................................ 15

Rotor .................................................................................................................. 15

Multiplicador ....................................................................................................... 20

Eje Principal ....................................................................................................... 24

Rodamientos ...................................................................................................... 27

Page 3: Proyecto LUIS

3

Chavetas ............................................................................................................ 31

Solución ................................................................................................................ 32

Eje del Rotor ...................................................................................................... 32

Brazos del Rotor ................................................................................................ 32

Álabes ................................................................................................................ 32

Multiplicador ....................................................................................................... 33

Rodamientos ...................................................................................................... 33

Base .................................................................................................................. 33

Conclusiones ......................................................................................................... 34

Anexos .................................................................................................................. 35

Bibliografía ............................................................................................................ 40

Page 4: Proyecto LUIS

4

OBJETIVOS

Objetivo Principal

Realizar el diseño de una turbina eólica de eje vertical

Objetivos Específicos

Conocer la importancia del uso de fuentes de energía eléctrica renovables y

no contaminantes

Reconocer las ventajas y desventajas que presenta el uso de energía eólica

Poner en práctica los conocimientos adquiridos en el curso de Elementos

de Máquinas

Establecer los pasos a seguir para el análisis y diseño de un sistema

mecánico

Conocer los cálculos que se deben realizar para poder diseñar

adecuadamente una turbina eólica

Page 5: Proyecto LUIS

5

PROBLEMA

Generalidades

Desde siglos pasados la energía ha sido un factor de gran importante en el

desarrollo de las sociedades; anteriormente era muy utilizado el carbón y la leña

para la producción de energía, hasta que ha inicios del siglo pasado el petróleo

comenzó su auge, gracias al desarrollo de los motores de combustión interna los

cuales eran superiores en eficacia que los de vapor.

Sin embargo, a mediados del siglo los precios del crudo comenzaron a

aumentar aceleradamente hasta llegar a los años actuales donde este es uno de

los insumos que más dinero le cuesta a la mayoría de países. Además es

necesario tomar en cuenta el gran impacto ambiental que provoca el uso del

petróleo y sus derivados, los cuales son los principales focos de contaminación del

mundo.

Por estas razones es que en los últimos años se ha impulsado el uso de

energías renovables, entiéndase como aquellos recursos energéticos que

aprovechan ciertos ciclos de la naturaleza y que son usualmente inagotables;

entre los más destacados se pueden mencionar la energía solar, la energía del

mar, la biomasa y la energía eólica.

Energía Eólica

El movimiento del viento presenta energía cinética, mediante el uso de

turbinas eólicas es posible extraer cierta cantidad de esta energía y transformarla

en energía mecánica, con el uso de generadores acoplados al sistema de

transmisión mecánica, es posible obtener energía eléctrica.

Page 6: Proyecto LUIS

6

Ventajas

Esta bien distribuida, por lo que se puede aprovechar a gran escala

Por el relativo bajo costo de los aerogeneradores, los precios de producción

de energía resultan competitivos respecto a otras fuentes de energía

Al utilizar un recurso gratuito, se pueden compensar a largo plazo los

costos de instalación

La fabricación de aerogeneradores no requiere sofisticadas técnicas

Es una energía limpia, por lo que no produce emisiones atmosféricas ni

residuos contaminantes.

Se pueden instalar aerogeneradores en espacios no aptos para otros fines

Su instalación es rápida en comparación con otros tipos de plantas

generadoras

Desventajas

Su producción energética es irregular, por lo que es necesario utilizar

costosos sistemas de almacenamiento

Las plantas de este tipo tienen un límite de potencia generada menor a

otras plantas eléctricas

No puede ser utilizada como única fuente de energía eléctrica por su

inconsistencia

El impacto paisajístico es evidente por el tamaño de las estructuras

El ruido producido por el movimiento de los rotores puede llevar a la gente

hasta un alto nivel de estrés

Page 7: Proyecto LUIS

7

Situación en Costa Rica

En los últimos años el Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) ha

implementado el uso de aerogeneradores para suplir al país de energía eléctrica,

teniendo en la actualidad una producción de 74 MW al año 2008. Con esto el país

se localiza en el puesto número 37 a nivel mundial en producción de energía

eléctrica por medios eólicos y 2º en Latinoamérica (ver Anexos, Tabla 1).

Figura 1 – Parque eólico de Tejona

Fuente [2]

Page 8: Proyecto LUIS

8

PROPUESTA

Antes de establecer el tipo de turbina eólica a diseñar, se presentan los

diferentes tipos de turbinas que existen y algunas subdivisiones, con un enfoque

principal a las turbinas de eje vertical, ya que el proyecto trata de diseñar una

turbina de este tipo. En general las turbinas se dividen en dos grandes grupos:

Turbinas eólicas de eje horizontal

Turbinas eólicas de eje vertical

Turbinas Eólicas de Eje Horizontal

Son las turbinas en las cuales los álabes motrices se desplazan en planos

perpendiculares a la dirección del viento.

Figura 2 – Turbina eólica de eje horizontal

Fuente: www.monsterguide.net

Page 9: Proyecto LUIS

9

Figura 3 – Tipología de rotores eólicos de eje horizontal

Fuente [1]

Page 10: Proyecto LUIS

10

Turbinas Eólicas de Eje Vertical

Son las turbinas en las cuales los álabes motrices se desplazan en planos

paralelos a la dirección del viento.

Figura 4 – Tipología de rotores eólicos de eje vertical

Fuente [1]

Page 11: Proyecto LUIS

11

Dentro del grupo de turbinas de eje vertical, los rotores más utilizados para

su fabricación son:

Rotor Savonius

Rotor Darrieus

Rotor Savonius

Este rotor se forma cortando un cilindro en el sentido longitudinal y luego

desplazando las dos superficies semicilíndricas a lo largo del plano de corte, de tal

manera que el corte se parezca a la letra “S”. Su diseño sencillo permite que este

trabaje a velocidades de viento muy bajas.

Figura 5 – Turbina eólica de rotor Savonius

Fuente [1]

Page 12: Proyecto LUIS

12

Rotor Darrieus

Normalmente esta compuesto de dos o tres álabes montados como una

especie de “batidora de huevos”. Su diseño permite que trabaje a velocidades de

viento de medias a altas, por lo tanto se puede utilizar para la generación de

electricidad con gran solvencia.

Figura 6 – Turbina eólica de rotor Darrieus

Fuente [1]

Page 13: Proyecto LUIS

13

Turbina Eólica a Diseñar

La turbina escogida para diseñar es la que utiliza rotor tipo Giromill, el cual

es una variante del Darrieus, con la diferencia de que sus aspas son rectas y no

curvas.

Figura 7 – Turbina eólica de rotor Giromill (Tipo H)

Fuente: www.gervolt.pt

La razón de esta escogencia se basa en que el diseño, fabricación y

montaje de las aspas rectas es relativamente más sencillo que si se utilizan las

aspas curvas del Darrieus, sin embargo, se pueden conservar las mismas ventajas

que este rotor presenta, las cuales también son motivo para decidir diseñar con el

rotor Giromill, estas ventajas son:

La simetría vertical permite la recepción del viento desde cualquier

dirección

El montaje vertical permite que el equipo para la conversión de la potencia

este colocado cerca del nivel del suelo, lo que reduce las restricciones de

peso en la caja de engranajes y el generador, además se facilita el

mantenimiento

El acoplamiento de los álabes en dos puntos reduce sus requerimientos

estructurales

Page 14: Proyecto LUIS

14

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

Requisitos Generales

La turbina eólica será del tipo Giromill (también conocida como Tipo H)

No necesitará medios especiales de arranque, será auto arrancable

Las dimensiones de la turbina serán de 7.7 m de longitud para las aspas,

un diámetro del rotor de 10 m y una altura total de 8.6 m.

Uso

La turbina será diseñada para utilizarla en la zona de Cartago

Será acoplada a un alternador para producir energía eléctrica

Será diseñada para generar una potencia de 1.5 HP

El sistema tendrá un diseño simple para su fácil de ensamblado

Mantenimiento

Deberá estar protegida del medio ambiente

Los componentes mecánicos y eléctricos, como rodamientos, multiplicador

y alternador estarán al nivel del suelo para su fácil mantenimiento

Criterios para Cálculos

Se utilizará la velocidad del viento promedio anual

Se supondrá una altitud de la ciudad de 1500 m.s.n.m.

Se supondrá que la turbina trabajará continuamente durante todo el día

Page 15: Proyecto LUIS

15

CÁLCULOS

Rotor

La potencia que una masa de viento puede ejerce esta definida por la

siguiente fórmula:

Donde:

Pv = Potencia del viento (w)

ρ = Densidad del aire (kg/m3)

A = Área de barrido (m2)

v = Velocidad nominal del aire (m/s)

Para el caso de las turbinas eólicas, el Teorema de Betz establece que una

turbia perfecta, como máximo puede extraer un 59.3% de la potencia generada

por el viento, por lo tanto la nueva fórmula quedaría así:

Donde:

Pi = Potencia de una turbina ideal (w)

Como se dijo anteriormente, la fórmula que precede es útil para turbinas

eólicas perfectas, por lo tanto para poder utilizar esta fórmula para determinar la

potencia producida por una turbina, se introduce el término Cp, el cual es el

Coeficiente de Potencia, y que para diferentes turbinas se puede determinar

mediante la Figura 8, y la ecuación quedaría:

Donde:

Pr = Potencia real de una turbina eólica (w)

Cp = Coeficiente de potencia

Page 16: Proyecto LUIS

16

Figura 8 – Evolución del rendimiento aerodinámico en función de la velocidad

típica para diferentes tipos de rotores. Fuente [1]

Para poder determinar lo potencia real que se puede obtener de un

generador acoplado a la turbina eólica, se deben incluir la eficiencia mecánica de

la transmisión de potencia y la eficiencia eléctrica del generador:

Donde:

Pe = Potencia eléctrica obtenida del generador (w)

ηm = Eficiencia mecánica

ηe = Eficiencia eléctrica

Page 17: Proyecto LUIS

17

Por lo tanto, para el caso del presente proyecto, donde se requiere obtener

una potencia eléctrica de 1.5 HP (1119 w), la ecuación anterior se puede modificar

de manera que se encuentre el área de barrido que la turbina debe poseer:

Para:

ρ = 1.015 kg/m3, para una temperatura promedio de 19.4 ºC y una presión

atmosférica de 85600 Pa para la ciudad de Cartago, según datos del Instituto

Meteorológico Nacional.

v = 4.8 m/s, para la zona de Cartago, específicamente alrededores del Cerro de la

Muerte, según datos del OLADE (ver Anexos, Tabla 2)

Cp = 0.36, para el rotor Darrieus, Figura 9

ηm = 0.8, según recomendaciones de [1]

ηe = 0.9, según recomendaciones de [1]

Para determinar las dimensiones del rotor de la turbina se utiliza el dato del

área de barrido:

Donde:

D = Diámetro del rotor (m)

H = Altura del rotor (m)

Para mantener unas dimensiones semejantes entre diámetro y altura, se

escogerá un diámetro de rotor de 10 m, por lo tanto:

Page 18: Proyecto LUIS

18

Figura 9 – Determinación del coeficiente de potencia para un rotor Darrieus y su

velocidad típica

De la figura anterior también es posible extraer el dato de Velocidad Típica

(X), la cual es propia de cada tipo de rotor y relaciona la velocidad del viento del

medio y la velocidad del álabe del rotor, para el caso de un rotor Darrieus la

Velocidad Típica es de 6.

Para poder determinar la velocidad angular con la que girará el rotor de la

turbina eólica, se utiliza la siguiente ecuación:

Page 19: Proyecto LUIS

19

Donde:

ω = Velocidad angular de la turbina (rad/s)

X = Velocidad típica del rotor

v = Velocidad del viento (m/s)

R = Radio del rotor (m)

Para obtener la velocidad en revoluciones por minuto (rpm), se utiliza la

siguiente conversión:

Con el objetivo de poder establecer la fuerza tangencial que actúa sobre los

álabes del rotor debido al viento, es necesario primeramente determinar el torque

del rotor, es sabido que la potencia se puede determinar mediante la siguiente

relación:

Donde:

P = Potencia (w)

τ = Torque (N·m)

ω = Velocidad angular (rad/s)

Para el caso de la turbina eólica, la potencia anterior debe ser la potencia

real que la turbina extrae del viento, por lo tanto el torque producido por el rotor se

obtiene de la siguiente manera:

Page 20: Proyecto LUIS

20

Por lo tanto, para obtener la fuerza tangencial se utiliza el anterior valor de

torque y la siguiente ecuación:

Donde:

Ft = Fuerza tangencial ejercida por el viento (N)

R = Radio del rotor (m)

Multiplicador

Debido a que el generador eléctrico debe producir voltaje con una

frecuencia de 60 Hz, es necesario que la velocidad angular sea la adecuada para

cumplir con la siguiente ecuación:

Donde:

f = Frecuencia eléctrica (Hz)

n = Velocidad del rotor (rpm)

P = Número de polos

Page 21: Proyecto LUIS

21

Por lo tanto, si se supone un generador compuesto por 6 polos, la velocidad

mínima requerida será de:

Como la velocidad del rotor de la turbina es mucho menor (55 rpm), es

necesario diseñar un multiplicador, cuyo objetivo es proveerle una velocidad al

generador mucho mayor que la velocidad del rotor, para determinar la relación que

debe tener este multiplicador, se realiza la siguiente relación:

Por lo tanto la relación de velocidades entre ambos dispositivos será de

1:22. Para que las dimensiones de los engranajes no sean muy grandes, se

diseñará un multiplicador de 2 etapas, su funcionamiento se muestra a grandes

rasgos en la siguiente figura:

Figura 10 – Diagrama del multiplicador

Page 22: Proyecto LUIS

22

Al haber dos etapas se debe determinar la razón en cada una de ellas, para

que estas razones sean equitativas se procederá de la siguiente manera:

Por lo tanto la razón en cada etapa será de 1:5, dando en total una relación

entre el rotor y el generador de 1:25, por lo tanto la velocidad máxima que

alcanzará el generador será de:

Teniendo esta información se procede a diseñar los engranajes y piñones

del multiplicador. Si se supone una distancia entre centros de 240 mm y un ángulo

de presión de 20º, se deberán cumplir las siguientes relaciones:

Donde:

rg = Radio del engranaje (mm)

rp = Radio del piñón (mm)

De donde se obtiene que: rg = 200 mm y rp = 40 mm. Si además se supone

un módulo de m = 4 mm/diente, el número de dientes por rueda será de:

Donde:

Ng = Número de dientes del engranaje

dg = Diámetro del engranaje (mm)

Np = Número de dientes del piñón

dp = Diámetro de piñón (mm)

Page 23: Proyecto LUIS

23

Para determinar el ancho de los dientes (b), se escoge un valor entre los

siguientes intervalos:

Para este caso se escogerá un ancho de diente de 40 mm.

Para determinar las fuerzas que actúan sobre el engranaje colocado en el

eje del rotor, primero se obtiene la velocidad tangencial:

Donde:

V = Velocidad tangencial del engranaje (m/s)

n = Velocidad angular (rpm)

Seguidamente se calcula la fuerza tangencial, para esto se utiliza la

siguiente ecuación:

Donde:

W = Potencia mecánica del rotor (w), la cual es igual a la potencia real calculada

anteriormente (Pr).

Ft = Fuerza tangencial (N)

Page 24: Proyecto LUIS

24

Para determinar la fuerza radial que actúa sobre el engranaje, se utiliza la

siguiente ecuación:

Donde:

Fr = Fuerza radial (N)

Ø = Ángulo de presión

Eje Principal

Teniendo las fuerzas que actúan sobre los álabes del rotor y sobre el

engranaje, se pueden determinar las fuerzas que actúan sobre todo el eje principal

de la turbina:

Figura 11 – Diagrama de cuerpo libre del rotor, medidas en metros

Page 25: Proyecto LUIS

25

Para plano X-Y

Para plano Z-Y

Momento flector máximo en plano X-Y = 245.5 Nm, sobre punto D

Momento flector máximo en plano Z-Y = 746.5 Nm, sobre punto D

El punto crítico en el cual es posible que suceda una falla por fatiga es en

“D”, a continuación se detallará el análisis por fatiga del eje principal, para de esta

manera determinar un diámetro apropiado.

Page 26: Proyecto LUIS

26

Esfuerzo alternante

Esfuerzo significativo

Para determinar el esfuerzo de fatiga estándar (Sn), sabiendo que se va a

utilizar acero 1020 recocido para fabricar el eje, se tiene:

Donde:

Su = Esfuerzo último del material (MPa)

CL = Factor de carga, según [3]

CG = Factor de gradiente, según [3]

CS = Factor de superficie, según [3]

Page 27: Proyecto LUIS

27

Figura 12 – Diagrama de fatiga

Del anterior diagrama y estableciendo un Factor de seguridad (FS) de 2, se

puede extraer la siguiente ecuación:

Rodamientos

Para determinar los rodamientos a utilizar en el eje principal y además

comprobar si el diámetro anteriormente escogido para el eje es el adecuado, se

procede de la siguiente manera:

Page 28: Proyecto LUIS

28

Figura 13 – Esfuerzos en rodamientos

Como se observa en la figura anterior, se colocaran dos rodamientos en el

eje principal, en los puntos “C” y “E”, sus esfuerzos radiales serán:

Con esto se puede observar que el rodamiento más crítico será el situado

en el punto “E”; además como se observa en la Figura 13, existe un esfuerzo de

empuje en el punto E que es igual al peso del rotor, por lo tanto este esfuerzo

será:

Donde:

W = Masa del rodete (kg)

g = aceleración de la gravedad (m/s2)

Page 29: Proyecto LUIS

29

La masa del eje principal es de:

Donde:

ρ = Densidad del acero (kg/m3)

r = Radio del eje (m)

h = Altura del eje (m)

Se supondrá una masa total de aproximadamente 200 kg, incluyendo

además la masa de los brazos y de los álabes.

Debido a que existe una fuerza axial o de empuje, se escogerán

rodamientos angulares. Seguidamente se calculará la relación entre la fuerza de

empuje y la fuerza radial:

Donde:

Ft = Fuerza de empuje (N)

Fr = Fuerza radial (N)

Como el valor obtenido está en el rango de 0.68 a 10, la fuerza equivalente

(Fe) será de:

Page 30: Proyecto LUIS

30

La fuerza requerida que deben soportar los rodamientos se determina

mediante la ecuación:

Donde:

Creq = Fuerza a soportar por los rodamientos (N)

Ka = Factor de aplicación, según [3]

L = Vida estimada para la aplicación (rev)

Kr = Factor de confiabilidad, según [3]

LR = Vida correspondiente a la capacidad (rev)

Para una aplicación que trabaja continuamente durante el día, se estima

una vida de diseño (Ld) de 60000 horas, por lo tanto:

Según se observa en la Tabla 3, en Anexos, para esta fuerza determinada,

se requiere un rodamiento radial de la Serie 200, de diámetro interno de 20 mm, el

cual es menor al diámetro del eje calculado anteriormente, por lo tanto se

mantiene el valor anterior (50 mm) y se escogen rodamientos que cumplan esta

condición.

Page 31: Proyecto LUIS

31

Chavetas

Para el caso de los engranajes y piñones del multiplicador, estos van

acoplados a su respectivo eje mediante chavetas, las dimensiones de estas se

determinan mediante el valor del diámetro del eje, para chavetas cuadradas el

valor sus lados se determina mediante:

Donde:

w = Lado de las chavetas (mm)

d = Diámetro del eje respectivo (mm)

Mientras que la profundidad de los chaveteros situados en los ejes se

determina de la siguiente forma:

Donde:

p = Profundidad del chavetero (mm)

Por lo tanto, para los engranajes las dimensione de la chaveta serán:

Mientras que para los piñones, las dimensiones de la chaveta serán de:

En ambos caso, la longitud de la chaveta será la misma que el ancho de los

dientes de los engranes, es decir 40 mm.

Page 32: Proyecto LUIS

32

SOLUCIÓN

Eje del Rotor

El eje principal de la turbina será fabricado en acero SAE 1020 recocido,

tendrá una longitud de 6 metros y un diámetro de 50 mm, la parte del eje expuesta

al medio ambiente deberá tener una capa de pintura anticorrosiva para protegerlo

del medio ambiente.

Brazos del Rotor

Estos tendrán la función de unir los álabes al eje del rotor, se utilizaran dos

brazos, uno por cada álabe, cada brazo está compuesto por dos barras de acero

SAE 1020 recocido de 5 m de largo por 25 mm de diámetro, situadas a 2.7 m una

de la otra en forma paralela. Estas barras irán roscadas por uno de sus extremos a

un acople circular de acero del mismo tipo y éste estará sujeto al eje principal

mediante dos tornillos espárragos situados a 180º uno del otro. En el otro extremo

de las barras estarán sujetos los álabes mediante tornillos. Al igual que el eje

principal, estos brazos deberán ir protegidos del medio ambiente mediante pintura

anticorrosiva.

Álabes

Se utilizaran dos álabes o palas, colocadas en los extremos del rotor

separadas 180º entre sí, estos tendrán un perfil del tipo NACA 0012 (ver detalles

en Anexos, Tabla 4), con una longitud de 7.7 m y 0.15 m de cuerda. Su

construcción se realizará utilizando como material principal madera contrachapada

recubierta con fibra de vidrio para darle mejores propiedades de resistencia y

rigidez.

Page 33: Proyecto LUIS

33

Multiplicador

El multiplicador estará compuesto por dos etapas, con una razón de cambio

en total de 1:25. Cada etapa está compuesta por un engranaje recto de 400 mm

de diámetro y 100 dientes y un piñón recto de 80 mm de diámetro y 20 dientes,

ambos con un módulo de 4 mm/diente, un ancho de diente de 40 mm y fabricados

en acero SAE 4140 templado. El diámetro interior por el que pasará el eje será de

50 mm para los engranajes y de 30 mm para los piñones.

Rodamientos

Los rodamientos se seleccionaron basados en lo establecido por [3], ver

Anexos Tabla 5. Para la parte inferior del eje principal y para el eje del engranaje

de la etapa dos del multiplicador se seleccionaron rodamientos angulares de bolas

de 50 mm de diámetro interno (Serie 210), para los ejes de los piñones se

escogieron rodamientos angulares de bolas de 30 mm de diámetro interno (Serie

206); para el rodamiento del eje principal que se sitúa por debajo del rotor, se

seleccionó un rodamiento de bolas angular de 55 mm de diámetro interno (Serie

211), este rodamiento esta montado sobre un “Manguito de montaje”, lo que

permite que sea fácil de extraer en caso de que se ocupe cambiar.

Base

La estructura de la base de la turbina eólica será fabricada con perfiles de

acero SAE 1020 y cubierta por láminas de acero de 1 mm de espesor; sus

dimensiones serán de 2.1 X 0.6 X 1.2 m (H x A x L). Internamente dispondrá de

planchas de acero SAE 1040 de 35 mm de espesor donde irán asentados los

rodamientos. Una de las paredes de esta base estará sujetada mediante bisagras,

para que haya fácil acceso a los elementos mecánicos en caso de mantenimiento.

Page 34: Proyecto LUIS

34

CONCLUSIONES

Se logró realizar el diseño de una turbina eólica de eje vertical tipo Giromill

con dimensiones generales de 8.6 m de alto por 10 m de diámetro.

Mediante todo el proceso que conllevó diseñar esta turbina fue posible

poner en práctica todos aquellos conocimientos, habilidades y destrezas

adquiridos en el curso de Elementos de Máquinas, desde aspectos tan básicos

como determinar los esfuerzas que existen sobre un cuerpo, hasta determinar los

requerimientos necesarios para evitar fallas por fatiga a largo plazo, esto junto con

todos los demás cálculos, dibujos y selección de materiales y accesorios entre

otras cosas, permite darse una idea de la importancia que el presente curso aporta

a nuestro desarrollo ingenieril.

También fue posible establecer los pasos que se deben seguir para diseñar

una máquina o conjunto mecánico, comenzando por conocer los aspectos

relacionados a la finalidad y las necesidades que existen por diseñar ese equipo,

la importancia que hay en crearlo, siguiendo con conocer la información que existe

relacionada al proyecto que se esta creando, extraer lo más relevante y empezar a

crear ideas que permitan llegar a una solución práctica y adecuada de lo que se

espera diseñar.

Un aspecto aparte del objetivo principal de este proyecto, fue que se

conoció y se aprendió mucha información sobre lo que son las energías

renovables, en este caso la eólica, así como mucha teoría acerca del

funcionamiento de la gran variedad de turbinas eólicas que existen y otros

aspectos como la aerodinámica, que en ningún momento de nuestra carrera es

posible aprender.

Page 35: Proyecto LUIS

35

ANEXOS

Tabla 1 – Capacidad de producción de energía eléctrica mediante

aerogeneradores por países

Fuente [7]

Page 36: Proyecto LUIS

36

Tabla 2 – Caracterización del viento en diferentes regiones de Costa Rica

Fuente [5]

Page 37: Proyecto LUIS

37

Tabla 3 – Capacidades de diversos rodamientos

Fuente [3]

Page 38: Proyecto LUIS

38

Tabla 4 – Abscisas y ordenadas del perfil NACA 0012

Fuente [4]

Page 39: Proyecto LUIS

39

Tabla 5 – Dimensiones de rodamientos de bolas

Fuente [3]

Page 40: Proyecto LUIS

40

BIBLIOGRAFÍA

[1] Cádiz, J. (1984). La energía eólica: Tecnología e historia. Madrid: Hermann

Blume.

[2] Instituto Costarricense de Electricidad. (2009). Parque eólico Tejona. [En línea].

[Consulta: 22 de noviembre de 2009]. Disponible en web: www.grupoice.co

m/esp/cencon/gral/proyeccion/museo/foto_tejonat.htm

[3] Juvinall, R. & Marshek, K. (2006). Fundamentals of machine component design

(4ª Ed). Estados Unidos: John Wiley & Sons, INC.

[4] Organización Latinoamericana de Energía. (1983). Aerogeneración de energía

(2ª Ed.). Quito: OLADE.

[5] Organización Latinoamericana de Energía. (1984). Atlas eólico preliminar de

América Latina y el Caribe, volumen II. Quito: OLADE.

[6] Vásquez, M. (2007). Diseño de una turbina eólica de eje vertical con rotor

mixto. Trabajo para optar al Título de Ingeniero Mecánico, Escuela de

Ingeniería Civil Mecánica, Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile.

[7] World Wind Energy Association (WWEA). (2009). La energía eólica en el

mundo: Informe 2008. [En línea]. [Consulta: 20 de noviembre de 2009].

Disponible en web: www.wwindea.org/home/images/stories/worldwindenerg

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