Estudio experimental de posibles mejoras en un aerogenerador de eje vertical.

Abstract

Obtener energía en lugares apartados de las tradicionales redes de distribución es en muchos casos un gran desafío de ingeniería. Dichos lugares pueden variar desde bases militares o científicas en lugares remotos tales como la antártica, a estaciones meteorológicas en el medio del océano o en las montañas, pasando naturalmente por localidades rurales e incluso los robots que envían a Marte. En otras palabras, las condiciones en las cuales deben operar las distintas soluciones a este problema pueden variar una enormidad, pero hay un par de condiciones que se mantienen como una máxima y que todas estas soluciones deben cumplir: En primer lugar, deben ser extremadamente confiables y requerir poco o ningún mantenimiento. En caso de falla deben ser fácilmente reparables. Actualmente existe una gran variedad de alternativas como respuesta a la enorme variedad de condiciones operacionales en las que se deben desempeñar. La ciencia ha entregado soluciones tan exóticas como las pilas nucleares que han alimentado ininterrumpidamente por más de 30 años a las sondas Voyager, a los primitivos pero extremadamente confiables generadores Diésel que se usan en la actualidad en las bases científicas y militares en Antártica. Dentro de las alternativas más asequibles, confiables y económicas se encuentran los aerogeneradores que usualmente se utilizan para la carga de baterías. Dentro de las ventajas que poseen las turbinas eolicas, se cuenta el hecho que no requieren de combustible alguno, son confiables y su tecnología es sencilla y escalable por lo que en la actualidad se pueden encontrar desde aerogeneradores de varios Megawatt de potencia, a pequeños microgeneradores usados para cargar baterías. Estos últimos son el foco de estudio en esta investigación.

Wind energy has seen remarkable development in the last decades due to the continually increasing energy demands from modern societies and its promise of being a clean, cheap and ecologically friendly energy source. Savonius type Vertical Axis Wind Turbine is perhaps the simplest design of wind turbine and has several advantages that make it ideal for generating energy in certain scenarios, at the expense of being the less efficient design at extracting energy. The general objective of this study is to identify and test possible improvements in the classic Savonius design aiming on improving its efficiency at extracting energy without hindering its advantages over other wind turbine types. Two possible improvements where identified and tested with the use of a wind tunnel: an alternative blade configuration on the traditional 3-blade Savonius wind turbine, which resulted in an average increase of 15% in the power coefficient, and the use of a wind shield before the returning blade, which resulted in a 50% increase of the power coefficient. Both proposed improvements where tested individually and in combination to study their interaction. Achieving a 50% increase in the power coefficient without any kind of optimisation hints that it could be possible to further improve the design of the Savonius type wind turbine and make it a competitive alternative for energy generation.