La energía eólica en el Perú emplea en un 100% aerogeneradores de eje horizontal para la generación de energía eléctrica. El uso de aerogeneradores de eje vertical no se promueve para la construcción de granjas eólicas debido a la baja eficiencia de sus rotores; sin embargo, su geometría favorece su aplicación para la generación de energía en aplicaciones domésticas. El rotor de eje vertical Savonious fue desarrollado con la finalidad de poder generar electricidad a velocidades tan bajas como 5 m/s. Sin embargo, sus alabes no permiten una sustentación del movimiento del rotor a velocidades tan bajas. Como consecuencia, se desarrolló el rotor Savonious-curvado que genera un mayor torque; debido a que, tiene mayor número de puntos de contacto entre el rotor y el viento. Esta tesis se propone el diseño de un aerogenerador vertical Savonius-curvado, para su ensayo en un túnel de viento de 50 x 50 cm de área de sección de ensayo, para la determinación de sus coeficientes de desempeño para velocidades desde 0.5 m/s a 30 m/s. Se realizara los planos mecánicos del rotor y del sistema de sujeción que se empleara para posicionar el rotor en el túnel de viento. Además, se planteara el protocolo de ensayo para determinar el torque y la velocidad del rotor experimentalmente. / Tesis

Actualmente el agotamiento de los combustibles fósiles combinados con la creciente preocupación por la contaminación ambiental, ha llevado a pensar en nuevas alternativas para la generación de energía eléctrica. Las energías renovables son una alternativa ecológica dentro de las cuales la energía del viento es capaz de cubrir las necesidades energéticas en varias regiones del mundo. Los aerogeneradores son herramientas que permiten capturar y convertir la energía cinética del viento en mecánica y posteriormente en eléctrica. En Perú se está implementando un plan a largo plazo para la electrificación rural por energías renovables para localidades remotas en el cual se espera que se introduzcan formas eficientes de generación eléctrica a escala pequeña. Debido a eso, surge la necesidad de conocer nuevas alternativas de energías consideradas como limpias. La presente tesis tiene como objetivo diseñar un aerogenerador vertical modelo Darrieus, como una alternativa adicional a los aerogeneradores horizontales convencionales, el cual se empleará posteriormente para realizar ensayos en el túnel de viento del Laboratorio de Energía de la PUCP con la finalidad de estudiar sus posibilidades técnicas para la generación de electricidad a pequeña escala. Para alcanzar el objetivo propuesto, en primer lugar, se realizó un análisis aerodinámico matemático en el software Matlab para poder definir los parámetros más eficientes y obtener los valores de los coeficientes de arrastre y sustentación, así como las fuerzas producto de ellos, el torque y el desempeño evaluados en un rango promedio de velocidades (3-6 m/s) que se producen en la región peruana. En segundo lugar, luego de determinar las cargas sobre las palas del aerogenerador, se realizó el diseño estructural, dimensionamiento y selección de los materiales, a una velocidad máxima de 10 m/s, que conforman los componentes de tal forma que sean lo más ligero y pequeño posibles para que no interfieran con el flujo de aire. Finalmente, se realizó la cotización para la fabricación del diseño del aerogenerador Darrieus. Como resultado se obtuvo un aerogenerador modelo Darrieus con 3 palas de 330 mm de longitud y 6 cm de longitud de cuerda, cuyo máximo coeficiente de potencia resultó ser 0,3619 y se da cuando la longitud de la pala es igual al diámetro del rotor; es decir, con un diámetro de 330 mm. Finalmente, el presupuesto para la fabricación del proyecto propuesto asciende a s/ 15 418,66 que incluye costo de asesor y tesista, costos de los elementos normalizados, elementos estructurales y costos de fabricación y maquinado / Tesis

En el mundo actual es cada vez más evidente la tendencia de cambiar las fuentes de energías tradicionales por otras que sean más limpias, eficientes, y que además estén al alcance del sector rural. Una de estas alternativas energéticas es la energía eólica, para la cual se utilizan máquinas conocidas como aerogeneradores; los cuales convierten la energía cinética del viento en energía eléctrica. Dado que la velocidad del viento aumenta con la altura, se prefiere que los aerogeneradores se ubiquen a cierta distancia suelo, para lo cual cuentan con estructuras que las posicionan a la altura ideal. Dichas estructuras son típicamente torres esbeltas y deben soportar el peso de los equipos, el empuje del viento a lo largo de la estructura, cargas sísmicas, entre otras; por tal motivo el diseño de estos componentes estructurales debe tener en cuenta todos los factores de diseño para asegurar el correcto funcionamiento del aerogenerador. La presente tesis tiene como objetivo conocer el comportamiento estático y dinámico de un aerogenerador prototipo de 3kW, como una iniciativa de apoyo al sector rural, utilizando simulación numérica por el método de elementos finitos (MEF). Para lograr el objetivo planteado se realizó un estudio previo analítico de los componentes estructurales para poder obtener valores de esfuerzos, desplazamientos y reacciones referenciales, así como un estudio vibratorio de la torre para obtener valores de frecuencias naturales referenciales. Al comparar los valores obtenidos se encontró que los errores porcentuales entre los distintos métodos estuvieron alrededor de 10% Posteriormente se realizaron diversos ensayos en modelos cada vez más complejos hasta llegar a modelos que se asemejaron en gran medida a la estructura del aerogenerador y que también cumplieron los criterios y resultados analíticos. Luego de tener un modelo totalmente validado se procedió a cargar el modelo con distintas combinaciones de carga para evaluar el comportamiento de la estructura bajo diversas condiciones. Después de evaluar los diversos resultados obtenidos se determinó que el mayor problema de la torre se encuentra en la unión entre la torre y cables tensores (factor de seguridad de 1.14); las cuales en caso de fallar comprometerían toda la estructura de la torre. Por lo tanto se propusieron modificaciones para evitar un colapso inmediato en caso alguna de las uniones falle. / Tesis

La presente tesis tiene como objetivo principal comprobar el diseño de la torre, la góndola y la hélice de un aerogenerador tripala de 20 kW y eje horizontal, empleando simulación numérica computacional mediante el software ANSYS. Se realizó el estudio aerodinámico de la hélice, obteniéndose el campo de presiones que actúa sobre la misma, así como el torque y la potencia que es capaz de transmitir. Con la distribución de presiones obtenida se procedió a realizar el análisis estructural de la hélice, obteniéndose un factor de seguridad de 1.3. Se determinaron también las frecuencias naturales y los modos de vibración de la hélice, observándose que no ocurrirá el fenómeno de resonancia. Posteriormente se realizó un análisis estático estructural de la torre bajo dos escenarios: posición de funcionamiento y posición inicial de izaje, el cual permitió obtener la distribución de esfuerzos y desplazamientos de la misma. A partir de estos resultados se tiene que la torre trabajaría con un factor de seguridad por resistencia no inferior a 1.3. Mediante un análisis de estabilidad se obtuvo el factor de pandeo de la torre, igual a 31. También se obtuvieron los modos de vibración de la torre y sus correspondientes frecuencias naturales, observándose que las frecuencias naturales están alejadas de la frecuencia nominal de trabajo. Mediante otro análisis estructural estático se obtuvieron los resultados de esfuerzos y desplazamientos para de los componentes de la góndola, que fueron analizados de forma individual y en conjunto. El factor de seguridad de estos componentes es superior a 1.2. Los estudios de simulación estructurales de la torre y góndola se verificaron a través de cálculos analíticos, comprobándose que los resultados son correctos. Los resultados obtenidos permiten concluir que el diseño propuesto por la empresa WAIRA, evaluado bajo las condiciones descritas en este documento, está apto para operar adecuadamente. / Tesis

En la presente tesis se hizo un estudio del comportamiento estructural y modal de la hélice de un aerogenerador de eje horizontal de 3kW en condiciones extremas de operación. Primero se realizó un análisis aerodinámico para determinar las cargas del viento sobre la hélice. En este estudio se utilizó el software ANSYS CFX para obtener el patrón de flujo, el campo de presiones, el campo de velocidades y el torque resistente. Los resultados de la simulación aerodinámica se verificaron en forma cualitativa mediante el patrón de flujo teórico y en forma cuantitativa por medio del cálculo de la potencia generada. En ambos casos se obtuvo una adecuada correspondencia. Posteriormente se realizó el estudio del comportamiento estructural de la hélice usando el software ANSYS MECHANICAL, con la finalidad de obtener el estado de esfuerzos, los desplazamientos y el factor de seguridad de la hélice. Los resultados de la simulación estructural se verificaron indirectamente mediante cálculos analíticos usando la teoría clásica del laminado. Se puede afirmar que la hélice opera en forma segura con un factor de seguridad de 1.86, considerando el material ortotrópico del cual está fabricada. Asimismo, se hizo un estudio modal para obtener las frecuencias naturales y sus respectivos modos de vibración, con la finalidad de determinar las velocidades críticas de funcionamiento de la hélice. El análisis modal fue verificado utilizando un modelo matemático de un grado de libertad, correspondiente a una viga en voladizo. Con el análisis modal se comprobó que la hélice no entraría en resonancia en el régimen de trabajo extremo (400 r.p.m.), ni por debajo de este, ya que las velocidades críticas están por encimas de 450 r.p.m. / Tesis

La energía eólica en el Perú emplea en un 100% aerogeneradores de eje horizontal para la generación de energía eléctrica. El uso de aerogeneradores de eje vertical no se promueve para la construcción de granjas eólicas debido a la baja eficiencia de sus rotores; sin embargo, su geometría favorece su aplicación para la generación de energía en aplicaciones domésticas. El rotor de eje vertical Savonious fue desarrollado con la finalidad de poder generar electricidad a velocidades tan bajas como 5 m/s. Sin embargo, sus alabes no permiten una sustentación del movimiento del rotor a velocidades tan bajas. Como consecuencia, se desarrolló el rotor Savonious-curvado que genera un mayor torque; debido a que, tiene mayor número de puntos de contacto entre el rotor y el viento. Esta tesis se propone el diseño de un aerogenerador vertical Savonius-curvado, para su ensayo en un túnel de viento de 50 x 50 cm de área de sección de ensayo, para la determinación de sus coeficientes de desempeño para velocidades desde 0.5 m/s a 30 m/s. Se realizara los planos mecánicos del rotor y del sistema de sujeción que se empleara para posicionar el rotor en el túnel de viento. Además, se planteara el protocolo de ensayo para determinar el torque y la velocidad del rotor experimentalmente.

Actualmente el agotamiento de los combustibles fósiles combinados con la creciente preocupación por la contaminación ambiental, ha llevado a pensar en nuevas alternativas para la generación de energía eléctrica. Las energías renovables son una alternativa ecológica dentro de las cuales la energía del viento es capaz de cubrir las necesidades energéticas en varias regiones del mundo. Los aerogeneradores son herramientas que permiten capturar y convertir la energía cinética del viento en mecánica y posteriormente en eléctrica. En Perú se está implementando un plan a largo plazo para la electrificación rural por energías renovables para localidades remotas en el cual se espera que se introduzcan formas eficientes de generación eléctrica a escala pequeña. Debido a eso, surge la necesidad de conocer nuevas alternativas de energías consideradas como limpias. La presente tesis tiene como objetivo diseñar un aerogenerador vertical modelo Darrieus, como una alternativa adicional a los aerogeneradores horizontales convencionales, el cual se empleará posteriormente para realizar ensayos en el túnel de viento del Laboratorio de Energía de la PUCP con la finalidad de estudiar sus posibilidades técnicas para la generación de electricidad a pequeña escala. Para alcanzar el objetivo propuesto, en primer lugar, se realizó un análisis aerodinámico matemático en el software Matlab para poder definir los parámetros más eficientes y obtener los valores de los coeficientes de arrastre y sustentación, así como las fuerzas producto de ellos, el torque y el desempeño evaluados en un rango promedio de velocidades (3-6 m/s) que se producen en la región peruana. En segundo lugar, luego de determinar las cargas sobre las palas del aerogenerador, se realizó el diseño estructural, dimensionamiento y selección de los materiales, a una velocidad máxima de 10 m/s, que conforman los componentes de tal forma que sean lo más ligero y pequeño posibles para que no interfieran con el flujo de aire. Finalmente, se realizó la cotización para la fabricación del diseño del aerogenerador Darrieus. Como resultado se obtuvo un aerogenerador modelo Darrieus con 3 palas de 330 mm de longitud y 6 cm de longitud de cuerda, cuyo máximo coeficiente de potencia resultó ser 0,3619 y se da cuando la longitud de la pala es igual al diámetro del rotor; es decir, con un diámetro de 330 mm. Finalmente, el presupuesto para la fabricación del proyecto propuesto asciende a s/ 15 418,66 que incluye costo de asesor y tesista, costos de los elementos normalizados, elementos estructurales y costos de fabricación y maquinado

En la presente tesis se hizo un estudio del comportamiento estructural y modal de la hélice de un aerogenerador de eje horizontal de 3kW en condiciones extremas de operación. Primero se realizó un análisis aerodinámico para determinar las cargas del viento sobre la hélice. En este estudio se utilizó el software ANSYS CFX para obtener el patrón de flujo, el campo de presiones, el campo de velocidades y el torque resistente. Los resultados de la simulación aerodinámica se verificaron en forma cualitativa mediante el patrón de flujo teórico y en forma cuantitativa por medio del cálculo de la potencia generada. En ambos casos se obtuvo una adecuada correspondencia. Posteriormente se realizó el estudio del comportamiento estructural de la hélice usando el software ANSYS MECHANICAL, con la finalidad de obtener el estado de esfuerzos, los desplazamientos y el factor de seguridad de la hélice. Los resultados de la simulación estructural se verificaron indirectamente mediante cálculos analíticos usando la teoría clásica del laminado. Se puede afirmar que la hélice opera en forma segura con un factor de seguridad de 1.86, considerando el material ortotrópico del cual está fabricada. Asimismo, se hizo un estudio modal para obtener las frecuencias naturales y sus respectivos modos de vibración, con la finalidad de determinar las velocidades críticas de funcionamiento de la hélice. El análisis modal fue verificado utilizando un modelo matemático de un grado de libertad, correspondiente a una viga en voladizo. Con el análisis modal se comprobó que la hélice no entraría en resonancia en el régimen de trabajo extremo (400 r.p.m.), ni por debajo de este, ya que las velocidades críticas están por encimas de 450 r.p.m.

En el mundo actual es cada vez más evidente la tendencia de cambiar las fuentes de energías tradicionales por otras que sean más limpias, eficientes, y que además estén al alcance del sector rural. Una de estas alternativas energéticas es la energía eólica, para la cual se utilizan máquinas conocidas como aerogeneradores; los cuales convierten la energía cinética del viento en energía eléctrica. Dado que la velocidad del viento aumenta con la altura, se prefiere que los aerogeneradores se ubiquen a cierta distancia suelo, para lo cual cuentan con estructuras que las posicionan a la altura ideal. Dichas estructuras son típicamente torres esbeltas y deben soportar el peso de los equipos, el empuje del viento a lo largo de la estructura, cargas sísmicas, entre otras; por tal motivo el diseño de estos componentes estructurales debe tener en cuenta todos los factores de diseño para asegurar el correcto funcionamiento del aerogenerador. La presente tesis tiene como objetivo conocer el comportamiento estático y dinámico de un aerogenerador prototipo de 3kW, como una iniciativa de apoyo al sector rural, utilizando simulación numérica por el método de elementos finitos (MEF). Para lograr el objetivo planteado se realizó un estudio previo analítico de los componentes estructurales para poder obtener valores de esfuerzos, desplazamientos y reacciones referenciales, así como un estudio vibratorio de la torre para obtener valores de frecuencias naturales referenciales. Al comparar los valores obtenidos se encontró que los errores porcentuales entre los distintos métodos estuvieron alrededor de 10% Posteriormente se realizaron diversos ensayos en modelos cada vez más complejos hasta llegar a modelos que se asemejaron en gran medida a la estructura del aerogenerador y que también cumplieron los criterios y resultados analíticos. Luego de tener un modelo totalmente validado se procedió a cargar el modelo con distintas combinaciones de carga para evaluar el comportamiento de la estructura bajo diversas condiciones. Después de evaluar los diversos resultados obtenidos se determinó que el mayor problema de la torre se encuentra en la unión entre la torre y cables tensores (factor de seguridad de 1.14); las cuales en caso de fallar comprometerían toda la estructura de la torre. Por lo tanto se propusieron modificaciones para evitar un colapso inmediato en caso alguna de las uniones falle.

La presente tesis tiene como objetivo principal comprobar el diseño de la torre, la góndola y la hélice de un aerogenerador tripala de 20 kW y eje horizontal, empleando simulación numérica computacional mediante el software ANSYS. Se realizó el estudio aerodinámico de la hélice, obteniéndose el campo de presiones que actúa sobre la misma, así como el torque y la potencia que es capaz de transmitir. Con la distribución de presiones obtenida se procedió a realizar el análisis estructural de la hélice, obteniéndose un factor de seguridad de 1.3. Se determinaron también las frecuencias naturales y los modos de vibración de la hélice, observándose que no ocurrirá el fenómeno de resonancia. Posteriormente se realizó un análisis estático estructural de la torre bajo dos escenarios: posición de funcionamiento y posición inicial de izaje, el cual permitió obtener la distribución de esfuerzos y desplazamientos de la misma. A partir de estos resultados se tiene que la torre trabajaría con un factor de seguridad por resistencia no inferior a 1.3. Mediante un análisis de estabilidad se obtuvo el factor de pandeo de la torre, igual a 31. También se obtuvieron los modos de vibración de la torre y sus correspondientes frecuencias naturales, observándose que las frecuencias naturales están alejadas de la frecuencia nominal de trabajo. Mediante otro análisis estructural estático se obtuvieron los resultados de esfuerzos y desplazamientos para de los componentes de la góndola, que fueron analizados de forma individual y en conjunto. El factor de seguridad de estos componentes es superior a 1.2. Los estudios de simulación estructurales de la torre y góndola se verificaron a través de cálculos analíticos, comprobándose que los resultados son correctos. Los resultados obtenidos permiten concluir que el diseño propuesto por la empresa WAIRA, evaluado bajo las condiciones descritas en este documento, está apto para operar adecuadamente.