1. INDICE
CAPITULO I : INTRODUCCION
CAPITULO II: FUNDAMENTO TEORICO
2.1 Velocidad del fluido
2.2 Potencia disponible del viento y velocidad de rotación.
2.3 Coeficiente de potencia y celeridad
2.4 Equilibrio radial
2.5 Grado de reacción
2.6 Teoría del ala portante
2.7 Teoría del momento axial
CAPITULO III: DIMENSIONAMIENTO BASICO DEL AEROGENERADOR
3.1 Determinación de la velocidad del fluido
3.2 Dimensión del alabe de la turbina
3.3 Sistema de transmisión
3.4 Diseño de la Veleta
CAPITULO IV: PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCION Y EVALUACION DE
COSTOS
4.1 Procedimiento de fabricación de los álabes
4.2 Evaluación de costos
CAPITULO V: INFORMACION DE INTERNET (avances tecnológicos sobre
aerogeneradores)
BIBLIOGRAFIA
ANEXOS
ANEXO I : Tablas y Gráficos referenciales
ANEXO II : Esquema de montaje del Aerogenerador
ANEXO III : Plano

2. CAPITULO I
I.- INTRODUCCION
Los generadores eólicos son una alternativa de generación sujeto a
los requerimientos de Potencia y disponibilidad del medio (vientos).
Nuestra Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad
Nacional de Ingeniería, a la cual le corresponde desarrollar la
investigación en este campo, sufre un retardo tecnológico en
comparación a otras universidades del medio. Por lo que el
Departamento de Turbomáquinas se ha propuesto la construcción
sistemática de modelos de Generadores Eólicos con la
colaboración integrada Alumno-Profesor, con los objetivos que se
mencionan a continuación:
Preparar al Alumno en el reconocimiento de elementos,
materiales, proveedores de materiales y construcción de una
Turbomáquina.
Implementar al Laboratorio de la Facultad de al menos un
Generador Eólico, para fines Didácticos del curso.
Mantener a la Facultad de Ingeniería Mecánica – UNI en la
posición de Primer Centro de Desarrollo Tecnológico en la
Industria Nacional

3. CAPITULO II
II.- FUNDAMENTO TEORICO
2.1 Velocidad del Fluido
Para el presente estudio consideramos que el flujo no es posible
tratarlos como laminar o turbulento para determinar la velocidad
media, pues no se desarrolla dentro de un límite físico, sino por el
contrario, es abierto al medio ambiente. Por esto la velocidad
media la determinamos a partir de mediciones experimentales.
La localización de nuestro aerogenerador es la salida del soplador
ubicado en el laboratorio de máquinas térmicas (N°5) de nuestra
facultad, el cual a la salida posee una velocidad mínima necesaria
para la construcción de una turbina eólica.
Se ha realizado diferentes mediciones de velocidad para distintas
distancias de salida, llegándose a elegir una posición óptima a 1
metro de distancia y 80cm de altura para el eje de la turbina (ver
fig.1)
Desde esta posición se logra una velocidad promedio de 8 m/s (ver
fig.2) y con este se realiza el diseño de la turbina.
2.2 Potencia Disponible del viento, Velocidad de Rotación
Luego que se ha determinado la velocidad promedio del viento se
procede a determinar la potencia disponible que puede entregar.
En la fig.2 se muestra el esquema de la turbina movida con la
velocidad V del viento.

4. Luego, la potencia disponible del viento será:
Pdisp = *Q*H
: peso específico del fluido (aire)
Q: caudal
H: altura del fluido
A: area de la turbina
Además:
= *g
Q = V*A
H = V2/2g
Luego:
Pdisp = *g*V*A*V2/2g = AV3/2 = * *D2*V3 / 8
2.3 Coeficiente de potenciay Celeridad
Coeficiente de potencia: De toda la potencia disponible solo se
puede aprovechar una parte en el eje, así tenemos que afectar a la
ecuación de un coeficiente de potencia; entonces:
Peje = Cp * Pdisp
El valor de Cp se ha determinado experimentalmente para cada
tipo de aerogenerador, siendo los tipos de estos los que se
muestran en la fig.3.
Celeridad: Se llama celeridad a la relación entre la velocidad
tangencial en el extremo de la pala y la velocidad del viento. Así se
tiene el gráfico experimental de la figura 4.
= U/V
.

5. 2.4 Equilibrio Radial y Vórtice Libre
Para realizar el diseño del alabe de nuestra turbina axial tenemos
que partir de las siguientes premisas:
a. El efecto del vórtice (flujo secundario) es despreciable.
b. El flujo es incomprensible.
c. Las partículas del fluido, se mueven sobre cilindros coaxiales.
d. La presión total, la altura y la velocidad media son constantes
a una distancia radial fija.
El equilibrio radial se da entre la fuerza centrifuga y la fuerza de
presión. Como se muestra en la figura 5.
Haciendo un análisis diferencial de una partícula de espesor b y
altura dr, tenemos:
dFc = dm.w2r
dFc= p.d.dr.r.d .w2r
observando el diagrama vectorial de la figura 6, tenemos:
dFc = p.b.dr.d .Cu2
dFp = dp.b.r.d
De ambas ecuaciones deducimos el gradiente de presión estático.
.b.dr.d .Cu2 = dp.b.r.d
p.Cu2/r = dp/dr
Además la presión total es :
Pt = Pest + Pveloc
Pt = Pest + V2/2

6. Derivando:
dPt/dr = dPest/dr + ( /2).2dV2/dr
dPt/dr = dPest/dr + ( /2).d(Cu2 + Cm2)/dr
dPt/dr = Cu2/r + ( /2) . (2Cu.dCu/dr + 2Cm.dCm/dr)
de acuerdo con las condiciones iniciales:
dPt/dr = 0
dCm/dr = 0
reemplazando :
O = .Cu2/r + ( /2). 2Cu/dr
0 = Cu/r + dCu/dr
dr/r = -dCu/Cu
Lnr = -LnCu + K
Y finalmente :
R*Cu = Cte.
2.5 Grado de reacción
El grado de reacción es la relación entre la altura estática y la de
Euler en una turbomáquina.
Roo = Hest/HRoo
De la ecuación fundamental de la altura de Euler, tenemos:
HRoo = (U2C2u - U1C1u)/g
Para el caso de turbinas axiales del triángulo de velocidades se
tiene:
W22 = C22 + U22 - 2U2.C2.cos 2
W22 = C22 + U22 - 2U2.C2u
U2 *C2u = (C22 + U22 - W22)/2

7. Igualmente:
U1C1u = (C12 + U12 - W12)/2
Entonces:
Rhoc = (C22 + U22 - W s2)/2g - (C12 + U12 - W 12)/2g
Rhoc = (C22 - C112 )/2g + (U22 - U22)/2g - (W 22 - W 12)/2g
Donde:
(C22 - C12)/2g : es la altura dinámica
(U22 - U22)/2g - (W 22 - W12)/2g : es la altura estática
Pero U2 = U1
Entonces:
Roo = (W 12 - W 22) /2U (C2u - C1u)
Además:
W12 = W 1u2 + Cm2
W22 = W 2u2 + Cm2
De aquí:
W12 - W 22 = W 1u2 - W 2u2
Reemplazando:
Roo = (W 1u2 - W 2u2 ) 2U (C2u - C1u) = (w1u-W2u)/2U (C2u-C1u)
Del triángulo de velocidades:
W1u - W 2u = Cu
C2u - C1u = Cu
Reemplazando:
Roo = (W 1u + W 2u)/2U

8. Haciendo:
(W 1u + W 2u)/2 = W oou
Finalmente:
Roo = Woo/U
Para el caso de una turbina eólica es recomendable que el grado
de reacción sea mayor de 1 y además considerar que el fluido no
tiene rotación a la entrada de la turbina.
( 1 = 90°), luego W oou/U 1 entonces W oou U, entonces
obtenemos el nuevo diagrama vectorial de velocidades, como se
muestra en la figura 7.
2.6 Teoría del Ala Portante
Para el diseño del alabe de la turbina vamos a considerar como
alabe portante para cada diferencial de longitud, sea el perfil
aerodinámico como se muestra en la figura 8.
donde :
L : longitud del ala
x: ancho o envergadura
= ángulo de ataque
Debido a la forma del perfil se presentan dos fuerzas en el alabe,
una de "arrastre", FR y otra de "sustentación" Fs, ambas forman la
fuerza total F. En la figura 9 vemos el diagrama de todas la fuerzas
y sus descomposiciones.
Ambas fuerzas se expresan de la siguiente forma:
FS = Cs.Pd.A
FR = CR.Pd.A.

9. Donde :
Cs: coeficiente de sustentación
CR: coeficiente de arrastre
Pd: presión dinámica
A : área proyectada al plano P.
: ángulo entre el plano p de la turbina y la cuerda del ala.
oo : ángulo entre el plano de la turbina y el vector W oo.
: ángulo de planeo (entre FR y FS)
Además:
Pd = * Woo2/2g
Luego:
FS = CS .W oo2/2g.L. x
FR = CR. .W oo2/2g.L. x
Ambos coeficientes son experimentales para cada perfil. Para
establecer las dimensiones se tiene:
Para un x, se tiene la siguiente Potencia:
P = Z.Ft.U = . Q.HR
De la figura 9, tenemos:
Ft = F*cos (90 - oo + )
Ft = (Fs/cos )* cos (90 - oo + )
Pero:
Q = Cm.t. r
HR = U. Cu/g
Reemplazando en lo anterior:

10. Z(Fs/cose). Sen ( oo - ).U = .Cm.t. r.Z.U. Cu/g
Z(Cs Woo2/2g). L x/cos ). Sen( oo - ) = (Woo.sen oo)
t rZ Cu/g
Donde t es la distancia radial entre una ala y otra, simplificando:
Cs. .WooL.sen ( oo - )/(2cos ) = sen oo.t. Cu
CsL/t = 2. Cu. cose .sen oo/sen( oo- ).Woo
Pero t = 2 r/Z
Reemplazando:
L = 2 r/z. 2. Cu. cos .sen oo/W oo*Cs*sen( oo- )
Pero de la ecuación de vortice libre, r. Cu = K, tenemos:
L = 4 K.cos .sen oo/Z.Cs.W oo.sen( oo- )
Pero del triángulo de velocidad Woo = V/sen oo, luego:
L = 4 r/cos .sen2 oo/Z.Cs.V.sen( oo- )
De la ecuación : r. .Cu = K, y del triángulo de velocidades.
r. Cu = r.(W oo.cos oo - U) = K
r.(cm.cos oo/sen oo - .r.N/30) = K
despejando :
tan oo = 30r.V/(30K + .r2.N)

11. 2.7 Teoría del Momento Axial
La teoría del momento es empleada al flujo de aire que pasa a
través del plano del rotor para describir la extracción de energía
desde el alabe, esta teoría asume que la viscosidad puede ser
considerado despreciable, que el flujo es estacionario y no existen
fuerzas radiales. En la Fig. 10, un volumen de control alrededor del
alabe de la turbina esta dibujada. Las leyes básicas que gobiernan
el fenómeno aerodinámico son:
a) La conservación de la masa: Toda la masa que entra al volumen de
control por unidad de tiempo del área A1 hacia el área A4.
M = v1A1 = vTAT = v4A4
Donde:
- V4 = Velocidad del viento a la salida del volumen de control.
- V1 = Velocidad del viento a la entrada del volumen de control.
- VT = Velocidad en el plano del rotor de la turbina.
- A1 = Area de entrada del volumen de control
- A5 = área de salida del volumen de control.
La densidad es prácticamente constante.
b) La conservación del Momentum: El momentum del flujo de aire en
A1 menos el momentum en A4 es igual a la fuerza axial del rotor de
la turbina (empuje axial).
Mv1- Mv4 = v1A1v1 - v4A4v4 = Dax

12. c) La conservación de la energía: La potencia del flujo de aire en A1
menos la potencia en A4, es igual a la potencia extraída por el
alabe, el cual es igual a la fuerza axial en el rotor de la turbina todo
esto por la velocidad del aire en el disco del rotor:
A1v1 + ½* A1v1v1² - A4v4 + ½* A4v4v4² = DaxVT = Paero
La presión en la entrada P1 equivale a la presión de salida P4.
Cuando no hay extracción o adición de energía (Dax=0), el balance de
energía y el balance de masa se obtiene de la ecuación de Bernoulli,
dividiendo en dos secciones uno entre la entrada del volumen de
control y el rotor de la turbina; y el otro análisis entre el rotor de la
turbina y la salida del volumen de control; aplicando Bernoulli
tenemos:
1 2 1 2
P1 V1 P2 VT
2 2
1 3 1 2
P3 VT P4 V4
2 2
Si la velocidad decrece de V1 a VT, la presión debe incrementarse.
Similarmente se cumple de VT hacia V4.
Se sabe que P1=P4, pero realmente existe una discontinuidad de
presión en el plano del rotor de la turbina. Adicionando las dos
ecuaciones previas tenemos:
1 2 1 2
P 3
V P 1 2
V 4
2 2
1 2 2
P 2
P 3
V 1
V4
2

13. La fuerza axial es expresada como diferencia de presiones en el rotor es:
1 2 2 1
D ax
P
2
P A 3 T
V 1
V A 4 T
V 1
V V 4 1
V A
4 T
2 2
Combinando con la fuerza axial de la ecuación de momento y aplicando
conservación de la masa (con = Cte) es el siguiente:
2 2 1
V A
1 1
V A 4 4
V 1
V VA4 T T
V 1
V V
4 1
V A
4 T
2
1
V T
V 1
V 4
2
La velocidad en el lugar del rotor es la mitad o un promedio de las
velocidades entre la entrada y salida del rotor.
Factor de Inducción Axial: esta definida como la reducción de velocidad
del alabe de entrada con respecto a la velocidad del plano del rotor divido
por la velocidad de entrada:
V V 1V V
a 1 T 1 4
V
1
2 V 1
V T
1 aV 1
V 4
1 2a V 1
Coeficiente de Potencia (Cp): Esta definida como la potencia extraída
del viento dividida por la potencia disponible en el ala.

14. P
C P
aer
2
0.5 V V A 1
1 T
El flujo de columna equivale:
V
VAT T
V 1 aA
1 T
Se cumple también:
D AX V
V 1
V 4 V
2aV 1
V 1 a A 2aV
1 T 1
3 2
P AER
D V AX T
D V 1 a
AX 1
V 1 a A 2a
1 T
De las ecuaciones obtenemos:
2
C P
4a 1 a
CAPITULO III
III.- DIMENSIONAMIENTO BASICO DEL AEROGENERADOR
3.1 Determinación de la velocidad del fluido

15. En el laboratorio de máquinas térmicas se tomaron datos
experimentales para determinar la velocidad del viento promedio
accionando el ventilador de tipo Cirocco, estos datos tomados
fueron ejecutados mediante los siguientes pasos:
Materiales:
1. Anemómetro rango 0 - 5000 pies
2. Cronómetro digital
3. Regla graduada rango 0 - 100 cm
4. Equipo e ventilador Cirocco.
Procedimiento:
1. Se encendió el ventilador teniendo en cuenta que solo para
efectos de medición tomamos uno de los lados de dicha caja
del ventilador.
2. De la abertura se tomaron distancias de 1; 1,5; 2 y 2,5m.
3. Para cada distancia se tomaron medias verticales de 25, 40,
60, 80, y 120 cm de altura.
4. Para cada una de estas distancias se tomaron 2 valores cuyos
gráficos de velocidad se acompañan (ver gráfico ref. No 1).
5. Hemos considerado para todas estas mediciones con el
anemómetro un tiempo de 20 segundo.
6. La gráfica más uniforme de velocidad versus altura nos ayuda
a concluir que la velocidad promedio del viento es de 8m/s.
3.2 Dimensión del alabe de la turbina
Para hacer el cálculo de los alabes se inicia en base a las
ecuaciones teóricas del capitulo anterior; apuntes de clase y la
figura 4 una vez conocida la velocidad promedio del aire. El cálculo

16. se ha distribuido para 8 puntos, a lo largo del alabe. En este
capítulo analizamos para el radio igual a 4 cm.
Para nuestra turbina utilizaremos un modelo rápido de 3 alabes (Z
=3), entonces, de la gráfica vemos que para un diseño óptimo
tenemos que considerar = 5,6 Cp = 0,47; con estos valores se
tiene que la velocidad en el extremo de la ala es:
Uext = 5,6 * V
Pero U = N * D/2, luego :
N = 2U/D.
Entonces :
N = 2*5,6*V/D
Para nuestro diseño hemos considerado un diámetro de 0,8
metros, luego remplazando valores se tiene:
N = 2*5,6*8/0,8 = 112 rad/s = 1070 rpm
Luego procedemos a realizar el cálculo del alabe bajo las
siguientes condiciones iniciales:
1. El ángulo de planeo que se determina de la curva
experimental (ver gráfico ref. 3) para el perfil escogido. Para
nuestro trabajo se va a desarrollar el aerogenerador con el
perfil Gottinge 480 y del cual tenemos los siguientes datos:
= 0,8138° para el punto optima mayor (Fs/FR)
= 2,82° para el mismo punto
Cs = 0,88 para el mismo punto
Las dimensiones del perfil se adjuntan en el anexo.
2. El radio del cubo se va considerar como el 10% de radio total.
rcubo = 10%R = 4 cm.

17. 3. Aplicamos las siguientes formulas para r = 0.04m y N =1070
RPM
2 rN
Velocidad tangencial: U ,Reemplazando
60
valores: u = 4.48 m/s.
Velocidad meridiana: C m
VT
1 aV 1
,
Reemplazando: C m = 6.48 m/s
2 2
V V
H R
1
, Reemplazando: HR =
1
= 3.262m
2g 2g
gH
C U
R
= 6.07143 m/s (considerando entrada
2 rN
60
sin rotación).
2
Cu 2
W U Cm 9.9235m / s
2
Cm
arctan 40.7677
Cu
U
2
Cu t 2 Cu 2 r
L 2 = 11.64m
W Cs W zCs
2
W
F T
Cs L r 0.17505N
2g

18. 2
W
FR
C R
L r 0.003872N
2g
2 2
F F S
FR
FT
r t CuW sen 0.17505N
g
2 2
FA
F FT
0.20896N
4. La potencia que debe entregar en el eje de la turbina es:
Peje = 0.47 * 1.2 * * 0,82 * 83/8 = 75 W.
Con estas consideraciones y ecuaciones finales se construye
los cuadros adjuntos de resultados. Para construir el
aerogenerador se toma para cada perfil Gottingen 480 de
dimensión L.
Los diversos perfiles así formados se montan sobre un eje de
soporte a lo largo de todo el radio R con un ángulo y así se
forma el alabe. El eje debe estar a 30% de la longitud total
para absorber la mayor fuerza tangencial.
3.3 Diseño de la Veleta

19. La veleta es una estructura componente del molino y tiene como
principal finalidad orientar el rotor para que así aproveche al
máximo la velocidad del viento.
La veleta es una placa plana con una determinada configuración
geométrica; que está dada de tal forma que no se produzcan
fenómenos que puedan altera la velocidad del viento.
Entonces para poder diseñar la veleta tenemos que tomar en
cuenta:
a) Ubicación de la veleta
La veleta de ninguna manera puede ubicarse delante del rotor del
molino ya que ocasionaría una pérdida de velocidad del viento que
afectaría directamente a la velocidad de rotación del eje del rotor.
Por lo tanto la veleta se debe ubicar detrás del rotor para que así
no produzca distorsiones al flujo de aire que debe aprovechar el
molino.
b) Tamaño de la veleta
La veleta debe de tener una superficie suficientemente grande;
para que el flujo de viento que pase por ella, sea capaz de orientar
todo el conjunto de tal forma que el eje del molino tenga la misma
dirección que el flujo del viento.
Teniendo en cuenta esto, existen recomendaciones para
determinar el área de la veleta. La más propicia para nuestro
molino que es pequeño es:
Area veleta = 10% Area barridarotor
c) Forma de la veleta
Existen diversas formas geométricas que puede adoptar la veleta;
pero hay que tomar en cuenta lo siguiente:
Como el viento pasa por la superficie plana de la veleta, va ha
existir una fuerza de arrastre debido al esfuerzo cortante en la

20. capa límite conocida como fricción de superficie, esto produce una
disminución de la velocidad del viento; que ya no afecta al rotor del
molino por la ubicación que tiene la veleta, pero existe un arrastre
que no se produce debido a la fricción superficial sino a la
formación de un gradiente adverso de presión que se produce al
desprenderse el flujo de viento de la placa plana.
Este gradiente adverso de presión puede producir una velocidad
de viento sobre la placa plana en sentido contrario y esto traería
como consecuencia la disminución de la velocidad de rotación del
eje del molino. Para evitar esto hay que procurar que el
desprendimiento de la capa límite en la placa se produzca en el
extremo de esta y en forma uniforme. Es por ello que se puede
usar como formas para la veleta: paralelogramos y no un triángulo
puesto de tal manera que en extremo sea uno de sus vértices tal
como se muestra en el siguiente esquema:
a a sen 80°
80 °
a
a² sen 80° = 0.1 ( re²- ri² )
a² sen 80° = 0.1 ( 0.4²- 0.04²)
a = 22.4 cm
3.4 Sistema de Transmisión

21. La estructura de nuestro aerogenerador consta de un eje montado
sobre 2 rodamientos y que se conecta a través de un engranaje
cilíndrico de dientes rectos hacia el eje, del alternador (ver gráfico
referencial 1).
A. CÁLCULO DE LOS ENGRANAJES CILÍNDRICOS
Para esto se tiene:
Velocidad del eje = 1070 rpm
Velocidad del conducido = 4000 rpm
Potencia del alternador = 70w
Carga a mover uniforme.
Material de las ruedas: aluminio - bronce. Sac = 46 kgf/mm2.
Los dientes serán tallados y acabados con fresa de precisión
aceptable con 20° de ángulo de presión.
Entonces :
Relación de transmisión
mg = 4000/1070 = 4
Número de dientes del piñón : de la tabla 7 del libro de cálculo
de elementos de máquinas; el número de dientes mínimo por
efecto de interferencia para mg = 4 es 13, para 20°SD.
Entonces:
Zp = 13
Número de dientes del engranaje
Zg = mg*Zp = 4*13 = 52
Diámetro de paso del piñón: asumiremos un modulo de 2.
Dp = m Zp = 26 mm
Diámetro de paso del engranaje
Dg = m Zg = 2 * 52 = 104mm
Distancia entre centros:
C = 0,5 * (Dg + dg) = 65 mm

22. Ancho del flanco
F = 10*m = 10*2 = 20mm
Velocidad tangencial
V = *Dp*np/6000 = 4,06 m/s
1. Cálculo por fatiga superficial
Factor de sobrecarga: de tabla 9, Co=1+0,01(4)2=1,16
Factor dinámico: de la figura 18, Cv = 0,58 para engranajes acabados
sin mucha precisión.
Factor de tamaño Cs = 1,0
Factor de distribución de carga : de tabla 12, Cm=1,6; para engranajes
montados mas o menos rígidos con cierta precisión y con 100% de
contacto.
Factor de condición superficial : Cf = 1,1 para engranajes con acabado
aceptable.
Factor geométrico; de la fig. 23, I = 0,1
Coeficiente elástico del material: de tabla 18, Cp=46 con ambas
ruedas de Broce Aluminio.
Factor de vida: de la fig 32, Cl = 1,0 para 107 ciclos.
Factor de relación de dureza: de fig. 33, CH =1, para engranajes de
dientes rectos.
Factor de temperatura CT = 1, para temperatura ambiental normal.
Factor de seguridad : CR = 1, para una confiabilidad del 99%.
Las durezas de los dientes se escogen de la tabla 6, se tiene para el
bronce aluminio: 63 kgf/mm2
Esfuerzos permisibles de contacto : de la tabla 19, sac= 46 kgf/mm 2.
La potencia máxima que se podrá transmitir esta dada por la
expresión:
P = 6,98*10-7 (np.F.Cv.I)(Sac.Dp.Cl.CH)2
CoCsCmCF CT.CR.CP

23. Reemplazando valores se tiene :
P = 0,8Cv = 589 W 110,8W
Potencia más que suficiente para mover el alternador.
2. Cálculo por resistencia a la fatiga
Satp = Satg = 64 kgf/mm
Factor de sobrecarga Ko = 1,0
Factor dinámico : de la fig. 1,Kv = 0,57; para acabado.
Factor geométrico : Jp = 0,2; Jg = 0,37
Factor de tamaño : Ks = 1,0; para modulo 2
Factor de distribución de carga Km = 1,6; para montaje
con100% de contactos de menor rigidez.
Factor de vida: de tabla 15, K1 = 1, para 107 ciclos.
Factor de temperatura KT=1, para condiciones normales.
Factor de seguridad: de tabla 16 KR = 1 par una confiabilidad
del 99%.
Luego la potencia que se podrá transmitir será:
P = 6,98*10-7 Dp.npSatp.m.F.Jp.K1.Kv
Ks.Km.Kt.KR.Ko
Reemplazando valores:
P = 8,420 CV = 6203 W, potencia mas que suficiente.
Entonces las poleas escogidas satisfacen las condiciones
requeridas.

24. B. CÁLCULO DEL EJE DE TRANSMISIÓN
Para el cálculo del eje tenemos que considerar las cargas
debido al peso de la turbina y a la del sistema de transmisión
por los engranajes cilíndricos:
El peso de la turbina se estima en 4Kgf.
Las cargas de engranaje son:
Wt = carga tangencial
Wr = cargas radial
La carga tangencial será:
Wt = P/Vg = 110,8/(4,06*9,81) = 2,78 Kgf
La carga radial es:
Wr = Wt.tan = 2,78 * tan 20
Wr = 1,0 kgf.
El viento produce una fuerza de arrastre sobre el eje el cual
evaluamos de acuerdo a la teoría presentada anteriormente:
FR = CR.pd.A
Para el r analizado y todos los alabes:
P = Z.Ft.U = . Q.HR
Z.FR.U/tan = .Cm.t. r.Z.U. Cu/g
FR = .Cm.t. r. Cu/g
FR = .tan .V.2 . r.r. Cu/Z
FR = .tan .V.2 . r.r. Cu/Z
FR = .tan .2 . r.K/Z

25. Reemplazando valores:
FR = 0,623* r
Como vemos si se divide el ala en tramos r al sumarlos tendrá
que la fuerza total será FR= 0,623*R = 0,31Kgf.
Y sobre los 3 alabes: FR = 0,924Kgf; para efectos de cálculos
asumiremos una fuerza axial total de 1Kgf.
Así tendremos el diagrama de cargas que se muestra en la figura
10.
PLANO VERTICAL X-Y (ver figura 11)
Para una construcción compacta hemos escogido:
d1 = 10cm.
L = 20 cm.
d2 = 10 cm
Con estos datos procedemos a calcular las cargas sobre el eje:
Por momentos:
W.d1+Wr.(L+d2)=R2.L
R2=W.d1+Wr.(L+d2)/L
Reemplazando valores:
R2 = 3,5 Kgf
Por equilibrio:
R1 = W+R2-Wr = 6,5Kgf
Diagrama de Momentos (ver figura 12):
M1 = -4*100 = -400 Kgf-mm
M2 = -4*300 + 6,5*200 = 100 Kgf-mm

26. PLANO HORIZONTAL X-Z(ver figura 13)
Por momentos :
R2.L = Wt (L + D2)
Reemplazando valores :
R2 = 4,17 Kgf.
Por equilibrio
R1 = R2 - Wt = 1,39 Kgf.
Diagrama de momentos (ver figura 14):
M1 = R1 * 200 = 278 kfg-mm
Plano horizontal : MH = 278 kgf-mm
Plano vertical MV = 40 kgf-mm
Momento resultante
M = (MH2 + MV2) 1/2 = 487 kgf-mm
Torque :
T = Wt*Dp/2
Reemplazando :
T = 144,56 kgf-mm
Tmax = (16 /d3) * (( .Fa.d/8+Km.M)2 + (Ft.T)2)1/2 Sad
Donde :
Ssd: esfuerzo permisible de corte
: factor de carga axial
Km : factor de carga de momento flector
Kt : factor de carga de momentos de torsión.
Fa : fuerza axial
d3 = 16/ .Ssd ((Km.M)2 + (Kt.T)2)1/2
Ssd = 1,3 Sy

27. Ssd = 0,18 Su
El eje se escoge A320 grado B8F inoxidable:
Sy = 21,1 kgf/mm2
Su = 52,8 kgf/mm2
Y para ejes con canal chavetero : Ssd = 0,75 Ssd.
Reemplazando valores :
Ssd = 1,3 * 21,1 = 6,33 Kgf-mm2
Ssd = 0,18 * 52,8 = 9,504 Kgf-mm2
S'sd = 0,75 * 9,504 = 7,128 Kgf-mm2
De tablas :
Km = kt = 1,5
Reemplazando valores :
d 8,165 mm (d 3/8" )
VERIFICACIÓN
a) Por deflexión:
E = 21000 Kgf/mm2
Del plano horizontal (ver figura 15)
Por el método de área de momentos :
EI C/A = 278 * 300/2 * 1/3 (400+100)
C/A = 330,95/I

28. EI C/B = 278*100/2 * 2/3 *100
C/B = 44.127/I
EI B/A = 278*300/2 * 2/3*300
B/A = 176.5/I
Por proporciones:
X/ B/A = x + 100/( C/A - B/A)
Despejando = x = 160mm
Luego :
/ B/A = (200-x)/200
= 35,3/I
y : x = 100/160* = 22,06/I
finalmente :
YH = C/A + x = 66,19/I
Del plano vertical (ver figura 16)l
EI A/B = 400*100/2 * 2/3*100
A/B = 63049/I
EI C/B = (A1 - A2) * (x1,A1 + x2.A2)/(A1 + A2)
Reemplazando valores :
C/B = 111,35f
/100 = C/B/200
= 55,68/I
finalmente :
Yv = + A/B = 119,17/I
Deformación máxima :
Y = (YH2 + Yv2)1/2 = 136,31/I

29. Por recomendaciones:
Ymax = 0,01 pulg/pie de longitud
Ymax = 40 cm * 0,01 pulg/pie 1
Ymax = 0,33mm
Entonces :
136,31/I 0,33
.d4/64 409,37
despejando :
d 9,55 mm (d 3/8" )
b) torsión
= 484.T.L/G.d4
G = 128106 PSI
Por recomendación 1°
Reemplazando :
= 484.T.L/G.d4 1
Despejando:
d 7,94 mm (d 3/8" )
de los resultados anteriores se tiene que el diámetro
recomendado es 3/8", escogemos un diámetro: d=1/2" .
Cálculo por Resistencia:
Tmax = (16/ d3)*(( .Fa.d/8+Km.M)2+(Kt.T)2)1/2
L/K = 400/(I/A)1/2 = 400/(d/4)=125,98 >115
= Sy.(L/K)2/n. 2.E

30. reemplazando = 1,00989
entonces:
Tmax = 1,989Kgf-mm < 7,128Kgf-mm
De esto concluimos que el diámetro de 1/2" satisface
correctamente todos los requerimientos por deflexión y torsión.
C. CALCULOS DE LOS RODAMIENTOS
Sea una duración nominal de 20000 horas.
1. Duración nominal en millones de revoluciones
L = 60.N*20000/106 = 895,2
2. Capacidad de carga requerida (p=3)
C/P = L1/p =9,634
3. Relación de carga axial y radial:
Asumimos que le primer rodamiento absorbe las cargas radial:
Fa/Fr = 1/(6,52+1,392)1/2 = 0,15
4. Sea Fa/Fr e
e 0,15
La carga equivalente es:
P = Fr = (6,52+1,392)1/2 = 6,65 Kgf=0,065 kN
Y la capacidad de carga dinámica requerida es:
C = 0,628 kN
De las tablas de rodamientos de bolas rígidas se escoge un
rodamiento que posea la capacidad de carga dinámica de por los
menos 0,628 kN., con esto evaluamos la relación Fa/Co y se
determina el valor e de la curva de la figura 1, con esto se hallan

31. los verdaderos valores de X, Y y e se compara con la condición
asumida inicialmente en 4.
D C Co RPM Fa/Co e Obs
ROD Mm (KN) (KN) Máx 0,15
Nº
6185 5 0,444 0,216 40000 0,045 0,247 >
6186 6 0,630 0,315 36000 0,031 0,228 >
El diámetro del rodamiento es muy pequeño entonces cualquier
rodamiento de diámetro mayor satisfacera las condiciones
requeridas. Escogemos el siguiente rodamiento para el diámetro
de 12mm final. El segundo rodamiento no absorbe la carga axial;
entonces e 0.
Finalmente: C = 9,634 Fr = 0,5145 kN
Buscaremos un rodamiento que satisfaga esta condición y que
además posea un diámetro de 12mm. El rodamiento seleccionado
posee las siguientes características:
1° Rodamiento: Selección Final
ROD D C Co RPM Fa/Co e Obs
Nº Mm (KN) (KN) Máx
61801 12 1,12 0,710 30000 0,0188 0,22 >
2° Rodamiento: Selección Final
ROD D C Co RPM Fa/Co e Obs
Nº Mm (KN) (KN) Máx
61801 12 1,12 0,710 30000 -- --
NOTA: las tablas y figuras que se utilizan en este capítulo se hallan en el
libro de Cálculo de Elementos de Máquinas II.

32. CAPITULO IV
IV.- PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCION Y EVALUACION DE
COSTOS
4.1 PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE LOS ALABES
La fabricación de los alabes se realizarán siguiendo las siguientes
etapas:
PRIMERO: Se fabricarán los perfiles del ala en material madera balsa, el
número de estos será entre ocho y diez, pudiéndose modificar esta cifra
según la conveniencia de la facilidad de fabricación y consistencia del
conjunto así como la mejora del acabado final. La fabricación de estos
perfiles será realizada a mano, uno por uno (podría darse también el caso
de que se fabriquen tres a la vez si se puede lograr una buena sujeción
entre ellos, ya que el número de alas del aerogenerador será tres),
siguiente las indicaciones del plano que representa a escala el perfil
elegido.
SEGUNDO: Luego de tener los perfiles, se procederá a la unión de los
mismos, lo que se hará en dos etapas, la primera etapa estará unida
mediante un cilindro de madera de pequeño diámetro (esto por que las
dimensiones del perfil en el extremo del álabe son muy pequeñas para
unirlos mediante la varilla de aluminio), dándole a cada perfil el ángulo
adecuado, conforme se avanza a lo largo del álabe, una vez unida una
tercera parte del álabe comenzando desde el extremo, se procederá a
unir esta primera parte con los perfiles restantes mediante la varilla de
aluminio, la cual irá hasta el último perfil, siendo mediante esta que se
fijará el álabe al cubo del rotor.

33. TERCERO: Una vez fijo todos los perfiles a los dos ejes, el de madera y
el de aluminio, se procederá al forrado de los mismos mediante unos hilos
de Nylon, los que envolverán a los perfiles haciendo una especie de
"rejilla", que ayudará en la siguiente etapa de forrado.
1. Se procederá al forrado propiamente dicho con el Bolam de fibra de
vidrio, el cual forrará todos los perfiles dándole la forma casi definitiva
al álabe.
2. Una vez forrado el álabe con la fibra se procede a la preparación de
la resina poliéster, mezclándola con el titanio, para darle color y con el
Aerosol, para evitar que se chorree, haciéndose una la fibra y el
poliéster, dando la forma definitiva al álabe.
3. Una vez que haya secado la resina durante por lo menos unas seis
horas se procederá a comprobar la no existencia de agujeros en el
álabe, si ese comprueba su existencia se procederá a cerrarlos
usando masilla plástica de color blanco.
4. Una vez que se han eliminado los agujeros en el álabe se procede al
pulido del mismo utilizando los diferentes números de lija,
comenzando por la más gruesa, hasta la más fina, ayudándose al lijar
de un poco de detergente para evitar que la lija se tupa antes de
tiempo.
5. Si se considera necesario se procede a pulir utilizando pulidor para
pintura de carro color blanco.
6. Luego de fabricados los tres álabes se procede a comprobar que
tengan el mismo peso, de no ser así se les balanceará primero
mediante una balanza. El balanceo final se hace en el cubo, una vez
instalados.

34. 4.2 EVALUACION DE COSTOS
El proyecto contempla la construcción de un Generador Eólico,
para lo que se considera en el proceso de producción las etapas
desde la compra de materiales y preparación de componentes
hasta el ensamble y montaje del mismo.
4.2.1 Ubicación
Dadas las condiciones de baja velocidad del viento de la zona, por
estar situada entre cerros; y también debido a nuestros
requerimientos didácticos. Se ha dispuesto la ubicación de este
generador en el Laboratorio de Máquinas Térmicas, y precisamente
a la boca de Salida del Ventilador Siroco que está localizado en la
torre de enfriamiento.
4.2.2 Justificación Técnica
Se realizaron pruebas en el Ventilador Siroco que va ha alimentar
al Aerogenerador para determinar su capacidad de viento,
estableciéndose a una distancia de 1 metro de la boca de salida,
una velocidad promedio de 8 m/s, siendo la velocidad del aire de 7
m/s una condición mínima para el diseño de Aerogeneradores.
Con esta velocidad disponible de 8 m/s, se proyecta la
construcción de un rotor axial de 3 palas el cual tendrá un diámetro
de 0,8m (Se pudo haber determinado más de 0,8 m. para obtener
una mayor potencia, pero por restricciones en los métodos de su
construcción se fijo a 0,8 m).
Para estas condiciones establecidas se calculó que se obtendrá
una potencia efectiva en el eje de 75 watts.
Las limitaciones de Potencia del presente trabajo se deben a:
Baja Velocidad de Salida del Viento en la Torre de enfriamiento,
debido a pérdidas por el faltante direccionamiento de flujo.

35. Diámetro para construcción del Rotor (0,8 m) es pequeño. Esto
se ha escogido así, por que la torre de enfriamiento está
relativamente demasiado baja (el cono de viento está muy
bajo), y un rotor de mayor diámetro ya no estaría centrado en el
cono de viento. Una posterior solución para la elaboración de
otro rotor podría ser levantar toda la estructura de la torre de
enfriamiento, para que el cono de viento suba.
Y limitaciones técnicas en la elaboración de los perfiles de
alabes.
4.2.3 Metrado, Costos Unitarios y Presupuesto Base
ITEM DESCRIPCION DE PARTIDAS METRADO COSTOS (S/.)
UND. CANTIDAD UNITARIO PARCIAL TOTAL
1 BASE ESTRUCTURAL
1.1 Angulo Ranurado 3/4" M 10 m 4,00 40,00
1.2 Madera 30*30cm e=3/4" U 2u 7,00 14,00
1.3 Pernos D=1/4" L=1/2" RC U 30 u 0,80 24,00
PARCIAL DE ESTRUCTURA 78,00 78,00
2 MATERIALES PARA EL
RODETE
2.1 Cobalto 100 gr 1u 7,00 7,00
2.2 Peróxido 100 gr 1u 6,00 6,00
2.3 Resina Kg 2 Kg 18,00 36,00
2.4 Bolam M 2m 42,00 84,00
2.5 Titanio 100 gr 1u 3,00 3,00
2.6 Aerosol 50gr 1u 5,00 5,00
2.7 Espuma de Poliuretano 3x1.5m2" u 1u 20,00 20,00
2.8 Madera Balsa 10cm x 1m x 7m u 2u 8,00 16,00
2.9 Lija #100 u 2u 1,50 3,00
2.10 Lija #400 u 2u 1,50 3,00
2.11 Madera 15*15*15 cm u 1u 5,00 5,00
2.11 Torneado u 1u 25,00 25,00
2.13 Prisioneros 3/6" u 4u 1,50 6,00

36. 2.14 Tubo de Aluminio D=1/2" m 2m 6,00 12,00
PARCIAL PARA RODETE 231,00 231,00
3 SISTEMA ELECTRICO
3.1 Alternador (moto) 6v 6 Amp u 1u 62,00 62,00
3.2 Acumulador 6v 6 Amp/hr u 1u 55,00 55,00
3.3 Selenio (Rectificador) u 1u 49,00 49,00
3.4 Cables de Corriente #16 m 5m 1,50 7,50
3.5 Interruptor u 1u 2,50 2,50
3.6 Bombillas de Luz 6v u 2u 2,00 4,00
3.7 Enchufe u 1u 1,50 1,50
3.8 Caja de Fusibles de 6 Amp u 1u 10,00 10,00
3.9 Fusibles 6 Amp u 4u 1,00 4,00
PARCIAL PARA SIST. ELÉC. 195,50 195,50
4 PINTADO
4.1 Lija de Fierro Nº 100 u 1u 2,00 2,00
4.2 Pintura Amartillada 1/8G 1u 15,00 15,00
4.3 Tiner 1/4G 1u 6,00 6,00
PARCIAL PARA PINTADO 23,00 23,00
5 ENSAMBLE Y ALINEAMIENTO
5.1 Eje de Aluminio 1/2" m 1m 15,00 15,00
5.2 Chumacera Autolineante ½" u 2u 42,00 84,00
PARCIAL ENSAM. Y ALIN. 99,00 99,00
6 MONTAJE
6.1 Anclajes u 4u 15,00 60,00
6.2 Pernos de Anclaje u 4u 1,50 6,00
PARCIAL PARA MONTAJE 66,00 66,00
7 GASTOS ADICIONALES 100,00 100,00
PRESUPUESTO BASE = S/. 792.50

37. CAPITULO V
V.- INFORMACION DE INTERNET (avances tecnológicos sobre
aerogeneradores)

38. BIBLIOGRAFIA
BOMBAS Y COMPRESORES, Carl Pfleiderer
RESISTENCIA DE MATERIALES, A. Arteaga
DISEÑO DE ELEMENTOS DE MAQUINAS II, F. Alva
MAQUINAS HIDRAULICAS, Mataix
Copias y apuntes de clases del curso Turbomáquinas I, dictadas por el
Ing. Espinoza.

39. http://www.energia-eolica-toda-la-verdad.com/energia-eolica-fuente-de-
energia.html