RAE 1. TIPO DE DOCUMENTO: Trabajo de grado para optar por el

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TIPO DE DOCUMENTO: Trabajo de grado para optar por el título de INGENIERO AERONÁUTICO
TÍTULO: DISEÑO PRELIMINAR DE UNA TURBINA EÓLICA PARA SUMINISTRAR ENERGÍA ELÉCTRICA A UN HOGAR
PROMEDIO EN COLOMBIA
3. AUTORES: Leonardo Felipe Marín Cortés, Paula Ropero Martínez y Adolfo Andrés Vitola Cogollo
4. LUGAR: Bogotá, D.C.
5. FECHA: Julio de 2011
6. PALABRAS CLAVE: Aerodinámica, Aerogenerador, Alabe, Ángulo de Twist, Cuerda, Diseño de Rotor, Eficiencia,
Energías renovables, Engranajes, Estudio de Factibilidad, Turbina Eólica, Veleta, Poste.
7. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO: El objetivo principal de este proyecto es el diseño preliminar de una turbina
eólica (y todos sus componentes) capaz de generar un 1KW de energía, para abastecer un hogar promedio;
todo lo anterior basado en estudios previos sobre los vientos en Colombia; ésto para desarrollar un estudio de
factibilidad con el fin de determinar en dónde es más viable la implementación de estos dispositivos. También
se presentan todos los aspectos ingenieriles del diseño, los cuales fueron pensados para desarrollarse en este
país, considerando su facilidad de construcción, instalación y mantenimiento, para llegar a abastecer muchos
puntos de nuestro país.
8. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN: Línea de Investigación de la USB: Tecnologías actuales y Sociedad. Sub linea de la
Facultad de Ingeniería: Instrumentación y Control de Procesos. Campo Temático del Programa: Diseño y
Construcción de Motores
9. FUENTES CONSULTADAS: A.H. Erdman y G.N. Sandor, “Diseño de Mecanismos” Prentice Hall 1998.
ANDERSON, John D. Jr, Introduction to Flight, McGraw Hill, 2000, ANDERSON, John D. Jr. Fundamentals of
Aerodynamics, McGraw Hill, 1991, B.J. Hamrock, B. Jacobson y S.R. Schmid, “Elementos de Máquinas”,
McGraw Hill 2000, D.P. Townsend “Dudley´s gear handbook” McGraw Hill 1992, GOMEZ, S. Systems Approach
to the Design of Wind Energy Electricity Generators for Small Isolated Communities UK: Ph.D. Thesis, Reading
University, 1.993.
10. CONTENIDOS: Las energías renovables se definen como las energías provenientes de fuentes naturales e
inagotables, capaces de generarse por medios naturales. Bajo esta definición, se reconocen diferentes tipos
de energías renovables tales como: energía solar, energía hidráulica y, para este estudio en específico, la
Energía Eólica. Desde tiempos remotos, el hombre ha sacado provecho de las fuentes de energía renovable
que se encuentran en su entorno. Los egipcios, utilizaron la energía del viento como medio de propulsión para
los primeros barcos veleros, así como en toda Europa se desarrolló la utilización de molinos de viento y
molinos hidráulicos para moler granos y trigo. Desafortunadamente, con la llegada de nuevas fuentes de
energía, tales como la máquina de vapor, los motores térmicos y eléctricos, se dejó a un lado el uso de
energías renovables por considerarse inconsistentes. Mediante este proyecto se busca incentivar el uso de
estas energías en países latinoamericanos como Colombia, para, además de reducir costos, traer nuevos
beneficios a la comunidad: mejor calidad de vida, generación de empleo y, sobre todo, crear la cultura del
desarrollo sostenible. Las turbinas eólicas son diseñadas para funcionar en lugares donde la topografía y la
condición climática permitan buenas velocidades de viento, por esta razón estos dispositivos son diseñados
con características específicas, ya que no funcionan bajo todas las condiciones de viento. Por lo tanto existe la
necesidad de crear una turbina eólica que se adapte a las diferentes circunstancias que se presentan en
Colombia.
11. METODOLOGÍA: Es de carácter empírico-analítico, con base en el estudio y diseño de una turbina eólica
horizontal de bajo costo y versátil.
12. CONCLUSIONES: La altura utilizada para el aerogenerador va a ser de 20 metros ya que con esta altura se
sacará provecho del equipo, sin aumentar los costos del material para el poste y la instalación. De todas las
zonas analizadas se concluye que San Andrés, Bolivar y Boyacá, tienen un buen potencial eólico. Al contrario,
Bogotá no cuenta con gran recurso eólico para hacer viable la instalación de esta turbina. Conclusiones del
Diseño del Rotor: una máquina eólica teóricamente, aprovecha el 59 % de la energía del viento. Esto en la vida
real no se cumple, ya que está comprobado estadísticamente, que las turbinas eólicas aprovechan tan sólo el
44% o el 47% del potencial eólico. A mayor solidez, la turbina tenderá a girar más rápido, pero, sus alabes
serán tan anchos que al girar a determinadas rpm, se terminarán pareciendo más a un disco sólido que a una
máquina eólica. El objetivo principal es producir 1 Kw de potencia. Esto no se obtendría sin el diseño de la caja
amplificadora, cuyo propósito es aumentar las rpm de entrega al eje en una relación 3:1.
DISEÑO PRELIMINAR DE UNA TURBINA EÓLICA PARA SUMINISTRAR
ENERGÍA ELÉCTRICA A UN HOGAR PROMEDIO EN COLOMBIA
ADOLFO ANDRÉS VITOLA COGOLLO
LEONARDO FELIPE MARÍN CORTÉS
PAULA ROPERO MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA AERONÁUTICA
BOGOTÁ, D.C. – 2012
DISEÑO PRELIMINAR DE UNA TURBINA EÓLICA PARA SUMINISTRAR
ENERGÍA ELÉCTRICA A UN HOGAR PROMEDIO EN COLOMBIA
ADOLFO ANDRÉS VITOLA COGOLLO
LEONARDO FELIPE MARÍN CORTÉS
PAULA ROPERO MARTÍNEZ
Trabajo presentado como requisito parcial para optar al título de profesional en
Ingeniería Aeronáutica
Asesor:
Ingeniero Ricardo Ríos
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA AERONÁUTICA
BOGOTÁ, D.C. – 2012
CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN
1. CAPÍTULO 1
1
1
2. CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO-CONCEPTUAL
12
3. CAPÍTULO 3: METODOLOGÍA
29
4. CAPÍTULO 4: DESARROLLO DE INGENIERÍA
31
5. CONCLUSIONES
122
6. RECOMENDACIONES
327
BIBLIOGRAFÍA
328
ANEXOS
340