Desarrollo y construcción de reforzador de viento para implementación en aerogenerador de eje vertical tipo Savonius

Abstract

RESUMEN: Los generadores eólicos verticales tienen un problema de bajo aprovechamiento en la captación de la potencia del viento reflejada por su bajo coeficiente de potencia (Cp), este problema se incrementa en zonas urbanizadas como ciudades o bien zonas con bajas velocidades de viento lo que limita el uso de estos dispositivos y los hacen inviables para su implementación. El proyecto busca aumentar el coeficiente de potencia del generador y con lo cual estos sean capaces de ser implementados en zonas con bajas velocidades de viento, buscando la reducción de la contaminación ambiental provocada por el uso de combustibles fósiles, haciendo uso de la mecatrónica para realizar un diseño más eficiente. El presente es un trabajo de investigación pretende realizar el diseño y construcción de un reforzador de viento (wind booster en inglés), el cual es un dispositivo con el que se planea mejorar las condiciones de viento recibidas por un aerogenerador de eje vertical (VAWT) de tipo Savonius. Se diseñó el modelo CAD funcional de reforzador de viento, buscando un diseño parametrizado, para su fácil adaptación al Savonius que se proponga. Con la variación de los parámetros propuestos podremos realizar modificaciones al diseño geométrico buscando mejorar los resultados obtenidos. Por medio de simulaciones en CAE y CFD se busca encontrar la geometría con mayor eficiencia, aquella que tenga un mayor aumento de velocidad en la zona de impacto con el aerogenerador, debe de dar un flujo correcto al viento que pasa dentro del sistema, reducir y evitar generar la turbulencia dentro del reforzador, además de lograr un vórtice que nos ayude a mantener un empuje correcto hacia el aspa positiva del rotor Savonius. Cabe mencionar que esta investigación está respaldada financieramente por CONACYT y que de manera paralela se encuentran trabajando compañeros de la Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Tecnologías Avanzadas (UPIITA), ellos enfocándose en el diseño y construcción de un VAWT Savonius, este VAWT no necesariamente es el que se utilizará para las pruebas del funcionamiento del proyecto.

ABSTRACT: Vertical wind generators have a problem of low use in capturing wind power reflected by their low power coefficient (Cp), this problem increases in urbanized areas such as cities or areas with low wind speeds, which limits the use of these devices and make them unfeasible for implementation. The project seeks to increase the power coefficient of the generator and with which these are capable of being implemented in areas with low wind speeds, seeking to reduce environmental pollution caused by the use of fossil fuels, making use of mechatronics to perform a more efficient design. This is a research work that aims to design and build a wind booster (wind booster in English), which is a device with which it is planned to improve the wind conditions received by a vertical axis wind turbine (VAWT) Savonius type. The functional CAD model of the wind reinforcer was designed, seeking a parameterized design, for its easy adaptation to the proposed Savonius. With the variation of the proposed parameters, we can make modifications to the geometric design seeking to improve the results obtained. Through simulations in CAE and CFD we seek to find the most efficient geometry, the one that has a greater increase in speed in the impact zone with the wind turbine, it must give a correct flow to the wind that passes within the system, reduce and avoid generating turbulence inside the booster, in addition to achieving a vortex that helps us maintain a correct thrust towards the positive blade of the Savonius rotor. It is worth mentioning that this research is financially supported by CONACYT and that colleagues from the Interdisciplinary Professional Unit of Engineering and Advanced Technologies (UPIITA) are working in parallel, they focus on the design and construction of a VAWT Savonius, this VAWT is not necessarily the one that will be used for testing the operation of the project.