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Diseño y construcción de una mini-turbina eólica

机译:小型风力发电机的设计与制造

摘要

Dado que es difícil imaginar en el futuro una sociedad moderna donde la energía no juegue un papel fundamental y puesto que numerosos estudios han demostrado que el ritmo actual de consumo de combustibles es insostenible y perjudicial para la vida del planeta, es fundamental concienciar a la humanidad de que un cambio de tendencia no solo es necesario sino que es imperativo. No se trata de erradicar por completo el uso de fuentes de carácter fósil, pues en muchos países es su principal o incluso su única forma de obtener energía, sino de avanzar hacia un equilibrio en la generación, para lo que será vital permitir el desarrollo de energías limpias, aumentar la eficiencia de la tecnología y reducir el consumo. En este contexto se ha decidido construir un rotor eólico de pequeñas dimensiones que servirá como herramienta de estudio para alumnos de ingeniería. Para diseñar la turbina se ha desarrollado un modelo de programación informática que, basado en conceptos aerodinámicos, permite calcular la geometría de las palas en función de unas condiciones iniciales, estimar la potencia del rotor y obtener sus curvas de funcionamiento. Uno de los principales problemas de la tecnología eólica es su alta variabilidad, por ello se ha implementado un sistema de regulación de velocidad; se trata de un mecanismo que actúa sobre la orientación de las palas y permite regular la potencia de un generador eléctrico acoplado al rotor. Los aerogeneradores actuales recurren a este tipo de sistemas para tratar de suavizar los desequilibrios de potencia que puedan producir las ráfagas de viento. Se ha recurrido a un software de diseño asistido por ordenador para dibujar tanto el rotor como el sistema de regulación de velocidad. La mayoría de las piezas del rotor se han fabricado con ayuda de una impresora 3D, otras, las metálicas, se han tallado en aluminio mediante un torno. Aunque el programa informático que realiza los cálculos aerodinámicos devuelve datos teóricos a cerca del comportamiento del rotor, se ha creído necesario probar el molino mediante ensayos de laboratorio a fin de obtener un resultado más realista.Abstract Given that it’s difficult to imagine any modern society in the future where energy does not play a crucial role, and as many studies have shown that the actual rate of fuel consumption is unsustainable and harmful to life on the planet, it is essential to raise mankind’s awareness that a change in the current trend is not only necessary, but is also imperative. It is not a question of completely eradicating the use of fossil fuels, as in many countries they are the main or even the only way of generating energy, but rather working towards a balance in generation. To do so it is vital to encourage the development of clean energies, increase technological efficiency and reduce consumption. In view of this we have decided to build a small scale wind turbine rotor which can be used as a study tool for engineering students. To design the turbine a software programme was developed based on aerodynamic concepts, which allows us to calculate the geometry of the blades depending on certain initial conditions, estimate the power of the turbine, and obtain performance curves. One of the main issues with wind technology is its high variability, and therefore we implemented a speed regulation system consisting of a mechanism that varies the orientation of the blades and thus allows us to regulate the power of an electric generator attached to the turbine. Current wind powered generators use this type of system to try to smooth out spikes in power that may be caused by gusts of wind. We have used CAD software to design both the turbine itself and the speed regulation system. Most of the turbine parts have been manufactured with the aid of a 3D printer, while the other metallic parts have been turned on made a lathe in aluminum. Although the software programme which calculates the aerodynamics provide us theoretical data about the operation of the rotor. We consider it necessary to test the wind turbine in a lab to obtain more accurate results.
机译:鉴于很难想象未来的现代社会中能源将不会发挥根本作用,并且由于大量研究表明当前的燃料消耗率是不可持续的,并且不利于地球的生命,因此提高对人类的认识至关重要趋势的改变不仅是必要的,而且也是当务之急。完全消除化石资源的使用不是一个问题,因为在许多国家,这是它们获取能源的主要甚至唯一途径,而不是朝着世代平衡迈进,为此,至关重要的是要发展化石能源。清洁能源,提高技术效率并减少能耗。在这种情况下,已经决定建造一个小型的风轮机,作为工程专业学生的学习工具。为了设计涡轮机,已经开发了基于空气动力学概念的计算机编程模型,该计算机编程模型允许基于初始条件计算叶片的几何形状,以估计转子的功率并获得其工作曲线。风力技术的主要问题之一是可变性高,因此已经实施了调速系统。它是一种作用于叶片定向并允许调节耦合至转子的发电机的功率的机构。当今的风力涡轮机使用这种类型的系统来尝试消除阵风可能产生的功率不平衡。已使用计算机辅助设计软件绘制转子和速度调节系统。转子的大部分零件都是借助3D打印机制造的,其他零件(金属零件)是使用车床从铝上切割下来的。尽管执行空气动力学计算的计算机程序会返回有关转子性能的理论数据,但仍认为有必要通过实验室测试对磨机进行测试,以获得更现实的结果。在未来能源将不发挥关键作用的国家,许多研究表明,实际的燃料消耗率是不可持续的,并且对地球上的生命有害,因此必须提高人类的意识,即当前趋势的改变并非如此只是必要的,但也势在必行。这不是完全消除化石燃料使用的问题,因为在许多国家,化石燃料是主要甚至唯一的能源生产方式,而是努力实现发电平衡。为此,至关重要的是鼓励发展清洁能源,提高技术效率和减少能耗。有鉴于此,我们决定建造一个小型风力发电机转子,可用作工程专业学生的学习工具。为了设计涡轮机,根据空气动力学概念开发了一个软件程序,该程序使我们能够根据某些初始条件计算叶片的几何形状,估算涡轮机的功率并获得性能曲线。风力技术的主要问题之一是它的高可变性,因此,我们实施了一种调速系统,该系统由改变叶片方向的机构组成,因此使我们能够调节连接到涡轮机上的发电机的功率。当前的风力发电机使用这种类型的系统来尝试消除由阵风引起的功率峰值。我们已经使用CAD软件设计了涡轮机本身和调速系统。大部分涡轮机零件是借助3D打印机制造的,而其他金属零件已打开以车削铝材。尽管计算空气动力学的软件程序为我们提供了有关转子运行的理论数据。我们认为有必要在实验室中测试风力涡轮机以获得更准确的结果。

著录项

  • 作者

    Suau de Castro Miguel;

  • 作者单位
  • 年度 2014
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  • 正文语种 spa
  • 中图分类

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