COOPERACIN VALLADOLIDGUANAJUATO PARA EL DESARROLLO DE UN AEROGENERADOR

COOPERACIÓN VALLADOLIDGUANAJUATO PARA EL DESARROLLO DE UN AEROGENERADOR DE EJE VERTICAL Mª Teresa Parra Santos Armando Gallegos Muñoz Nicolás Cristóbal Uzárraga Rodríguez José Manuel Riesco Ávila Carmen Victoria Vega Angulo III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 1

Estado de Guanajuato • Gto = “Cerros con forma de ranas” • “Corazón geográfico de México” • Eventos históricos de la Guerra de la Independencia • Históricamente fue el “granero” del país por aportar los suministros agrícolas. • Destacan la minería y refinerías • Actualmente es importante su industria automovilística: Volkswagen, Pirelli, General Motors y Toyota • Buenas comunicaciones • Renta per capita superior a la media del país => Mínimas tasas de delincuencia • Preocupación por la sostenibilidad ambiental => Fijar la sede del futuro Centro Mexicano de Energías Renovables en el Estado de Gto. III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 2

UGto vs UVa • • UGto Orígenes 1732 Alumnos 33581 Campus Universitarios: – – CELAYA - SALVATIERRA GUANAJUATO IRAPUATO – SALAMANCA LEÓN EL BAJÍO • • UVa Orígenes 1292 Alumnos 24964 Campus: – – PALENCIA SEGOVIA SORIA VALLADOLID • III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 3

Potencia Instalada por Estados Miembros de la UE Ref. APPA Asociación de Productores de Energías Renovables (nº 18, Enero-Febrero 2005) III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 4

Potencia Instalada por Comunidades Autónomas • Castilla y León fue la Comunidad Autónoma que instaló más potencia de origen eólico durante 2004 Ref. APPA Asociación de Productores de Energías Renovables (nº 18, Enero-Febrero 2005) III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 5

Clasificación de los aerogeneradores • Eje horizontal El eje de rotación es paralelo a la dirección del viento. Históricamente han experimentado mejoras tecnológicas en la actualidad son los más frecuentes – – • Monopala Bipala Tripala Multipala Eje vertical El rodete gira en un eje perpendicular a la dirección del viento y las palas se mueven en la misma dirección del viento – Darrieus – Rotor H – Savonius III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 6

Curvas Características • Coeficiente de Velocidad: l = TSR = R / vw • Coeficiente del Par: Cm = M / [0. 5 r vw 2 A R] • Coeficiente de potencia: CP = P / [(r/2) vw 3 A ] • Relación: CP = l C m • Máximo Coeficiente de potencia: (Teoría de Betz) CP, max = 16/27 = 0. 593 III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 7

Aerogeneradores de eje Vertical VAWT vertical axis wind turbine • Ventajas – El generador y el multiplicador se puede situar en el suelo evitando la torre. – No necesita un mecanismo de orientación según la dirección del viento. – Diseño simple de fácil construcción. – Operan con bajas velocidades del viento – La baja velocidad de rotación y el bajo rendimiento hace que sea aplicación doméstica en entornos aislados de la red eléctrica. • Inconvenientes – El par de arranque puede requerir un dispositivo de puesta a régimen (generador, savonius, …) III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 8

Clasificación de las instalaciones eólicas Potencia Producción Micro-eólica 0 -1, 5 k. W hasta 1000 k. Wh Mini-eólica 1, 5 -15 k. W hasta 50 000 k. Wh Medio-eólica 15 -100 k. W Hasta 200 000 k. Wh III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 9

Experiencias previas en la UGto. • Caracterización numérica y experimental de turbinas Savovius • Instalación experimental de la UGto. III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 10

Prototipo de un Rotor Darrieus tipo H • • • Cuerda c = 5 cm Envergadura 20 cm Radio de giro R = 7, 2 cm Perfiles N = 3 Solidez =Nc/2 R = 1 Geometría NACA 0012 con torsión -15º ó 30º III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 11

Resolución Transitoria Campo de presiones en el rotor durante una revolución TSR = 0, 92 ( = 90 rad/s ) en la 7ª vueltas plano z=0 III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 12

Comportamiento periódico TSR = 0, 75 ( = 73 rad/s) • Variación del Coeficiente de potencia durante una vuelta Campo de presiones Posición más desfavorable • Posición más favorable III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 13

Patrón de Flujo situación más desfavorable TSR = 0, 75 ( = 73 rad/s) • Contornos de presiones en el plano z = 0 para la posición más desfavorable esquemas de 1 er orden. a) NACA 0012, b)NACA 0012 con torsión -15º, c) NACA 0012 con torsión +30º • Distribución de presiones en z = 0 de los perfiles para la posición más desfavorable. Eje de ordenadas Presión (Pa), eje de abcisas posición x (m) III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 14

Patrón de Flujo situación más favorable TSR = 0, 75 ( = 73 rad/s) • Contornos de presiones en el plano z = 0 para la posición más favorable esquemas de 1 er orden. a) NACA 0012, b)NACA 0012 con torsión -15º, c) NACA 0012 con torsión +30º • Distribución de presiones en z = 0 de los perfiles para la posición más favorable. Eje de ordenadas Presión (Pa), eje de abcisas posición x (m) III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 15

Curvas Características • Similares prestaciones de los perfiles sin torsión y con -15º Cm vs TSR 0, 25 NACA 0012 twist 30 0, 20 NACA 0012 twist-15 0, 10 0, 05 0, 00 0, 5 1, 0 1, 5 2, 0 2, 5 -0, 05 -0, 10 -0, 15 III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 16

Comportamiento periódico TSR = 0, 37 ( = 37 rad/s) Variación del Coeficiente de potencia durante una vuelta – Mejora de las prestaciones del NACA 0012 con torsión -15º para bajas TSR III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 17

Comportamiento periódico TSR = 1, 64 ( = 160 rad/s) Variación del Coeficiente de potencia durante una vuelta – Aún muy lejos del máximo rendimiento de Betz. – Trabajo futuro: Influencia de la solidez para ampliar el rango de TSR Ref. S. Tullis, A. Fiedler, K. Mc. Laren and S. Ziada; Medium-solidity vertical axis wind turbine for use in urban environments, Department of Mechanical Engineering, Mc. Master University, Hamilton, Canada. III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 18

Transferencias • Estancias de Movilidad – José Manuel Riesco Ávila – Armando Gallego Muñoz – Teresa Parra Santos • Co-tutela de trabajos – Trabajo Fin de Máster: “Investigación en el desarrollo de nuevos modelos de turbinas de viento de eje vertical”. • Alumna: Carmen Vega Angulo (Erasmus-Mundus) • Codirectores: Armando Gallego Muñoz y Teresa Parra Santos – Tesis Doctoral: “Trabajo Fin de Máster: “Investigación en el desarrollo de nuevos modelos de turbinas de viento de eje vertical”. • Alumno: Nicolás Cristóbal Uzárraga Rodríguez • Codirectores: Armando Gallego Muñoz y Teresa Parra Santos • Trabajos Futuros – Elaboración de una Acción Preparatoria para la convocatoria de Proyectos de Cooperación Internacional – Artículo en la publicación Energy III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 19

GRACIAS III Jornadas de Cooperación Universitaria al Desarrollo de Castilla y León 20