10. Diseño de las
aspas
Una vez hemos estimado el generador eólico será el momento
de diseñar las aspas, construirlas y probarlas. Según nos esmeremos más o menos
el aerogenerador será más o menos eficiente.
Un diseño preliminar de las aspas de la turbina podemos
hacerlo a partir del siguiente enlace. Variando la
potencia, la velocidad y el número de aspas gráficamente obtenemos un diseño
preliminar. En este otro enlace
encontramos software gratuito para el diseño de aspas y en este otro
encontraremos un tutorial con una descripción más detallada sobre el cálculo de
aspas.
Antes de nada debemos decidir cuantas aspas montaremos en nuestra turbina. La elección más común es optar por las tres aspas puesto que dos aspas producen ruido por los desequilibrios. Cuatro aspas son convenientes en localidades donde el viento sea escaso.
Si diseñamos un aerogenerador casero realmente no tendrá
demasiada importancia el diseño del aspa, pero si es importante su resistencia
al viento. Un diseño como el que vemos en la siguiente figura nos parece
interesante para un generador de pequeño tamaño pues es resistente y fácil de
hacer.
Ejemplo de las dimensiones de un aspa
Nótese que al aumentar el
rotor lo hace la potencia pero disminuye la velocidad de giro
La construcción de las aspas podemos hacerla de diferentes
formas, cuidado sobre todo usar un sistema que sea resistente y fijando bien
las aspas para evitar que pudieran salir despedidas. ¡Este riesgo es
importante! Debemos tener en cuenta que los sistemas de apriete convencionales
como los tornillos es fácil que se aflojen como consecuencia del movimiento
continuo al que las aspas están sometidas. También debemos pensar que los
aerogeneradores pueden en ocasiones tener que soportar vientos intensos o
incluso huracanados y las aspas convertirse en elementos muy peligrosos.
Debemos ser por tanto cuidadosos con el sistema de fijación, que además deberá
revisarse periódicamente en un diseño artesanal.
Aspas de madera
Las buenas noticias sobre las aspas son que si las construimos suficientemente ligeras funcionarán bastante bien elijamos el material que elijamos. En lugares donde tengamos buena disponibilidad de materiales es muy posible que podamos adquirir aspas ya construidas, aunque no es necesario ya que realmente podemos construir un aspa artesanal casi con cualquier material. Hay múltiples diseños de aspas, debemos buscar que sean estrechas pero no demasiado porque entonces girarán a menor velocidad en punta. Debido a su bajo número de Reynolds deberemos elegir cuidadosamente el perfil y que además sea bastante fino.
El material que más nos gusta para una turbina eólica
artesanal es la madera, ya que las aspas construidas en madera funcionan
bastante bien y es fácil construirlas en cualquier lugar. Antes de nada decir
que podemos seleccionar cualquier madera pero debe estar lo suficientemente
seca. La madera tarda varios años en secarse completamente y si utilizamos
madera verde es probable que las aspas se acaben deformando.
Para un mejor ángulo de ataque el grosor de la madera debe ser lo menor posible, siempre menor de 5 cm en pequeñas turbinas.
Para mejorar el equilibrio del generador recomendamos un diseño tripala como el que mostramos en la siguiente figura.
El extremo de la pala también debe tener forma redondeada, para ofrecer menos resistencia al aire en su movimiento de rotación (es la parte de la pala que más velocidad tangencial adquiere).
Hay que pesar de vez en cuando las palas para conseguir que tengan el mismo peso y además la misma posición de sus centros de gravedad. Para saber la posición del centro de gravedad de una pala, se coloca basculando encima del borde de una lámina de algún material, como aluminio o hierro. Cuando la pala se mantiene horizontal, el centro de gravedad esta justo en la parte donde apoya sobre el borde de la lamina aluminio o hierro. De esta forma podemos ir equilibrando la configuración pues si los pesos o centros de gravedad no son coincidentes estaremos sometiendo a tensiones excesivas al generador.
Si no tenemos la posibilidad de fabricar las aspas en madera podemos hacer unas aspas sencillas usando tuberías ABS. Usemos un material u otro es necesario prepararlo para que quede uniforme y bien aerodinámico
Buje y aspas
11. Resistencia de
las aspas
Otra cuestión que puede ser interesante es calcular la
resistencia de las aspas para determinar el riesgo de rotura ante vientos
intensos. Veamos un ejemplo de cálculo de unas aspas de madera de pino.
Los principales esfuerzos en las aspas de una pequeña turbina eólica se presentan como fuerzas centrífugas. La fuerza centrífuga en las palas, cuando éstas están girando a velocidad máxima (aproximadamente 500 rpm) será aproximadamente 100 veces el peso de la pala. Si la pala pesa 0’78 kg, entonces, la fuerza centrífuga estará sobre 0,8 kN (equivalente a 80 kg de peso) a esta velocidad. A 1000 rpm la fuerza será equivalente a 320 kg. Esta velocidad podría presentarse si el sistema de giro de la cola no trabaja correctamente.
Estos esfuerzos debidos a la fuerza centrífuga suponen al aspa un esfuerzo de tracción axial que en el caso más desfavorable de 1000 rpm genera un esfuerzo de 3136 N (320 kp), por tanto para una sección media de la pala de 11,575 cm2 se soportan tensiones de 2,7 MPa, un valor aproximadamente la mitad de la tensión que soporta la madera de pino a tracción axial (entre 5 y 6 MPa).
Ver 6ª PARTE
4 comentarios:
Muy buena info! gracias por publicarla!
Buenísimo pero necesito construir una.mayor al menos de 4kba
Excelente guía
Hola, quiero saber si es posible y recomendable hacer las aspas del aerogenerador de madera balsa. Gracias.
Publicar un comentario