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misma. El valor óptimo de λ para turbinas de 3 aspas se encuentra entre 7 y 10, rango en el
cual el coeficiente de potencia alcanza su valor máximo (Hau, 2006)
Metodología para el diseño aerodinámico de las aspas

Es este trabajo se llevó a cabo el diseño aerodinámico de las aspas del rotor para una turbina
eólica pequeña y, con el objetivo de obtener el mejor diseño posible, fue necesario considerar
algunas características de la turbina y de sus condiciones de funcionamiento, como son: el
número de aspas, el diámetro, la velocidad de rotación de la turbina así como la velocidad del
viento a la cual operararía usualmente. Definidos estos parámetros de funcionamiento, se
requirió determinar la distribución de la cuerda y del ángulo de torsión a lo largo del aspa. Con
la geometría del aspa se determinó la potencia que generaría la turbina con este modelo de
aspa, así como la distribución de la sustentación y arrastre presentes en la misma.
Posteriormente con el modelo tridimensional se realizó un análisis de esfuerzos utilizando el
programa SolidWorks para visualizar la deflexión que sufren las aspas. A continuación se
presenta el proceso realizado, y posteriormente se describe cada paso del procedimiento.

1. Definición λ, B, Vo, D
2. Elección del perfil
3. Obtención de curvas CL(Re,α) y CD(Re,α) con xfoil
4. Reinicial, CL óptimo, CD óptimo
5. Distribución de cuerda, y ángulo de torsión con Matlab
6. Cálculo de potencia, fuerzas de empuje, Re, L y D con Matlab
7. Si el Re obtenido difiere del inicial se regresa al paso 4 con el nuevo valor de Re.
8. Construcción del modelo 3D en Solidworks

1 Definición de parámetros de operación de la turbina

Con el objetivo de iniciar el diseño de las aspas de un rotor, es necesario determinar el diámetro
que se desea para la turbina. Una primera aproximación se logra empleando la ecuación del
coeficiente de potencia dada en la ecuación 1, siempre y cuando se defina con anterioridad la
potencia de entrega requerida de la turbina. Las velocidades de viento medidas a 30 m de
altura en Mérida, Yucatán, son de 5 m/s en promedio (NREL, 2005) y la densidad del aire tiene
un valor de 1.2 kg/m3 a esta altura. Por lo cual, el diseño de la turbina considera una ubicación
de la misma por arriba de esta altura con el fin de utilizar velocidades promedio del viento (Vo)
sobre el rotor de 5 m/s. Se propuso una potencia de 2.5 kW y empleando la ecuación 1 el
diámetro (D) obtenido fue de 11 m aproximadamente. Para fines prácticos se optó por utilizar un
diámetro de 10m. Se eligió la relación de velocidad de punta (λ) como 7 y un número de aspas
(B) igual a 3. Con estas características se pretendió maximizar el coeficiente de potencia de la
turbina. Si se cuenta con datos de alguna estación meteorológica en el lugar en el cual se
pretende instalar la turbina, se podría emplear la ley del perfil logarítmico u otra ley que describa
la variación de la velocidad del viento con respecto a la altura considerando la rugosidad del
terreno.

2 Elección del perfil

Los coeficiente de sustentación y arrastre de un perfil se encuentran dados en función del
ángulo de ataque, α, y el Número de Reynolds, Re. En una turbina eólica pequeña se tienen
números de Reynolds en el rango entre 104 y 106 (Shyy et al. 2008). Para la elección del perfil
se encontraron las curvas de los coeficientes de sustentación, Cl y de arrastre, Cd, en un
intervalo de ángulo de ataque entre 0 y 20° a un Re de 100 000 para 5 perfiles distintos. Estas

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