Efecto de los ángulos de alabes en el rendimiento de la turbina eólica de seis alabes axiales.

1. 2.2Casode
Estudio
Efecto de los ángulos de alabes en el
rendimiento de la turbina eólica de
seis alabes axiales.
1

2. Acerca del Estudio
Fue realizado en la escuela de ingenieria de la Universidad
al-Mustansiriya en Bagdad, Irak por los Ingenieros Mishaal A.
AbdulKareem, Ammar A. Hussain y Raid S. Fahad.
El proposito del experimento fue
estudiar el rendimiento de una
turbina eólica axial de 6 alabes y
estimar la energía eólica, la energía
eléctrica generada y el coeficiente de
energía modificado de la turbina.
2
Source : Website: www.sciencepubco.com/index.php/IJET

3. Diagrama Esquematico
El ventilador introduce aire a en el tunel a una velocidad de
2 a 5.6 m/s para simular la velocidad del viento de muchas
regiones de Iraq (lugar donde se realizo el estudio)
3
En la figura se muestra el esquematico utilizado en este
experimento
Consiste en:
• Un ventilador de flujo axial
• Un tunel.
• Una pequeña turbina de 6 alabes
• Un Sensor de velocidad
• Un inversor
• Sensores de corriente y voltaje
• La carga

4. Banco de Prueba
4

5. AnálisisTeórico
Cuanto mayor sea la cantidad de energía cinética extraída del viento, más lenta será
la velocidad del aire de salida. Si la energía cinética se extrae por completo, la
velocidad del aire en la salida será cero, el aire no podrá salir de la turbina y no se
obtendrá energía. Si el aire pasa a traves de la turbina sin ningún cambio de
velocidad entonces no se obtiene energía.
Para analizar el rendimiento de de la turbina eolica
se tomaron las siguientes consideraciones:
• El fluido es incompresible. (Densidad constante)
• El fluido es isotérmico. (Temperatura constante)
• El fluido es de estado estacionario.
5
Límite de Betz
Menos del 59% de la
energía cinetica del viento
puede ser convertida en
energía mecánica usando
un aero generador.

6. Ecuaciones
1. Energía cinetica del viento:
6
𝐸𝑘 =
1
2
∙ 𝜌𝐴𝑉3
∆𝑡
Las turbinas eólicas solo
pueden extraer una
porción de la potencia
presente en el viento; esta
porción está representada
por el coeficiente de
potencia Cp. Indica con
que eficiencia el
aerogenerador convierte la
energía del viento en
electricidad.
Donde:
• ρ: Densidad del aire [kg/𝑚3]
• A: área del rotor [𝑚2
]
• Δt: diferencia de tiempo [seg]
• V: Velociadad del viento [m/s].
• PT: Potencia Electrica
• I: Corriente [A]
• v: Tensión [v]
2. Potencia eólica de entrada: 𝑃𝑤 =
1
2
∙ 𝜌𝐴𝑉3
3. El coeficiente de potencia: 𝐶𝑝 =
𝑃𝑇
𝑃𝑤
4. Potencia electrica: 𝑃𝑇 =
1
2
∙ 𝐶𝑝𝜌𝐴𝑉3
5. Potencia del generador:
𝑃𝐺 =
1
2
∙ 𝜂𝑚𝑒𝑐𝜂𝑒𝑙𝑒𝑐𝐶𝑝𝜌𝐴𝑉3
6. Coeficiente de potencia modificado: 𝐶𝑝
∗
= 𝜂𝑚𝑒𝑐𝜂𝑒𝑙𝑒𝑐𝐶𝑝
𝐶𝑝
∗
=
𝑃𝐺
𝑃𝑤
=
𝐼 ∗ 𝑣
1
2
∙ 𝜌𝐴𝑉3

7. Resultados
El estudio estuvo enfocado en el efecto de alterar la
velocidad del viento y la carga eléctrica aplicada en los
terminales del generador.
Ademas se estudio el efecto de modificar el ángulo de los
alabes para estimar la condición de operación optima de
la turbina.
Velocidad del viento vs Potencia
eólica
• La Potencia eólica (Pw) aumenta conforme
aumenta la velocidad del viento.
• La máxima potencia registrada fue de 21W
7

8. Resultados
Velocidad del viento vs Velocidad de rotación de la turbina
para diferentes ángulos del alabe
8
• En general la velocidad de rotación de la turbina
aumenta con la velocidad del viento.
• Un alto nivel de vibración en la turbina aparece
a medida que los ángulos del alabe aumentan
por encima 10 °-20 °, asociado con un alto valor
de la velocidad del viento.
• Se encontro que al operar la turbina con una
inclinación del alabe de 80° a una alta velocidad
del viento (3.8 m/s) un alto nivel de vibración se
hace presente llegando a alcanzar un punto
crítico.
El alto nivel de vibración de la turbina es causado por el aumento de la separación de la capa límite debido al
aumento del ángulo de ataque de los alabes. Como resultado, se generará un desprendimiento de vórtice aguas
abajo, causando una diferencia de presión pulsante entre ambos lados del alabe. Por lo tanto, se genera una fuerza
de arrastre pulsante que causa altas vibraciones en la turbina eólica.

9. Resultados
• Para cualquier valor del ángulo de la turbina
para velocidades menores a 2m/s no se
genera potencia
• La potencia generada aumenta en función
de la velocidad y del grado de inclinación de
los alabes entre 60° y 80°
• La máxima potencia generada registrada es
de 11.34 w.
9
Potencia Generada por la turbina vs Velocidad del viento

10. Resultados
• Las gráficas muestran que los valores del
Coeficiente de potencia modificado Cp*
aumentarán con el aumento de la
velocidad del viento y el valor del ángulo
del alabe.
• Cuando el valor de los ángulos del alabe
es menor que 50°, la eficiencia del
generador decae.
10
Coeficiente de Potencia

11. Conclusiones
• Al incrementar la velocidad del viento y el ángulo de los
alabes la turbina aumentara la potencia generada.
• No se recomienda operar con los alabes en un ángulo de
80° y una velocidad del viento de 3.8 m/s debido a los
altos niveles de vibración que se generan.
• No es posible generar potencia para velocidades
menores de 2 m/s por diferente que sea el ángulo del
alabe.
• La máxima potencia generada se obtuvo para unos
alabes en ángulo de 80° y una velocidad del viento de
5.6 m/s
• El máximo valor del coeficiente de potencia modificado
se obtuvo para un ángulo del alabe de 80° y una
velocidad del viento de 5.6 m/s
11