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Metodología para el diseño aerodinámico de las aspas
de una turbina eólica pequeña

a,b Rosado Hau N., M.I. y bGamboa-Marrufo M., D.Phil

a Instituto Tecnológico Superior Progreso
b Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Yucatán

nrosado@itsprogreso.edu.mx, gmarrufo@uady.mx

Resumen

En este trabajo se describe la metodología llevada a cabo para realizar el diseño geométrico de las aspas
para una turbina eólica pequeña que opere a bajas velocidades de viento. Las curvas de sustentación y
arrastre del perfil aerodinámico s1210 se obtuvieron empleando el software xfoil y se compararon con los
resultados del software DesignFoil y datos obtenidos en un túnel de viento. Estas curvas fueron
empleadas, en conjunto con códigos en Matlab de la teoría del Momento del Elemento de Aspa, para
determinar el diseño geométrico de la misma. Se realizaron diversos modelos tridimensionales en
SolidWorks y se compararon las geometrías obtenidas. Se obtuvo la distribución del ángulo de torsión y
de la variación de la cuerda del aspa seleccionada para una turbina que produzca 2943 W.

Palabras clave: aspa, números de reynolds bajos, turbinas eólicas pequeñas, xfoil.

Abstract

This paper describes the methodology carried out for the geometric design of a small wind turbine blade
so that it operates at low wind speeds. Lift and drag curves of the airfoil S1210 were obtained using xfoil
software and these were compared with results obtained using DesignFoil software and wind tunnel data.
The lift and drag curves were combined using Matlab algorithms related to the Blade Element Momentum
theory to determine the geometric design of the blade. Different 3D models in SolidWorks were studied
and compared. The blades chord and twist angle distributions of a 2943 W turbine were obtained.

Key words: airfoil, low reynolds number, small wind turbine, xfoil.

Introducción

Actualmente la energía proveniente de fuentes renovables está jugando un papel muy
importante en los sistemas modernos de producción de electricidad debido a la disponibilidad
local del recurso, a la aceptación pública, a los beneficios que se proporcionan al medio
ambiente y al incremento de los precios de los combustibles provenientes de fuentes fósiles
(Simic et al. 2013; Saidur et al. 2010). Una de las tecnologías que emplea fuentes renovables,
con pronóstico creciente en el mercado, son las turbinas eólicas pequeñas; siendo
denominadas de esta forma, según la norma IEC-61400-1, aquellas turbinas cuya potencia es
menor de 50 kW. La Asociación Mundial de Energía Eólica (WWEA, por sus siglas en inglés)
reportó en marzo del 2012, un crecimiento anual del 35 % de la capacidad potencial instalada
de turbinas eólicas pequeñas en comparación con los años anteriores; y en el reporte, se
pronostica que este índice de crecimiento se mantenga hasta el año 2015 y crezca a un 20 %
entre el 2015 y el 2020.

Una de las razones para estudiar el funcionamiento de las turbinas eólicas pequeñas es que
usualmente éstas se encuentran localizadas cerca del lugar de empleo de la carga y éste suele

Innovación & Sustentabilidad Tecnológica ‫ ׀‬Instituto Tecnológico Superior de Misantla ‫ ׀‬Año 1 ‫ ׀‬No. 1 ‫ ׀‬Pag. 111