Desing of wind propellers for horizontal axis

Diseño de aspas rotativas para generador eólico de eje horizontal

El Semillero de Investigación GEOM, de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, se encuentra desarrollando generadores eólicos de baja y media potencia; aquí presentamos un avance. La energía eólica es una de las más importantes fuentes de energía renovable y una excelente alternativa para la transición a energías sustentables que el mundo necesita; es sabido que los aerogeneradores de eje horizontal tienen un mayor rendimiento energético; uno de los elementos determinantes en el desempeño energético de un aerogenerador de eje horizontal es la hélice, cuyo correcto diseño geométrico es imprescindible en un aerogenerador óptimo. En este artículo se analizan los aspectos más relevantes en el diseño de una hélice eólica, utilizando el software MATLAB® para ilustrar su comportamiento, y se sugieren perfiles aerodinámicos ideales en aplicaciones eólicas.

I. INTRODUCCIÓN

Desde la antigüedad, el ser humano ha utilizado la energía almacenada en las partículas de aire en movimiento. La energía eólica se utilizó a diario desde la invención de los barcos de vela; posteriormente, se empleó para diferentes tareas como la molienda y el bombeo, lo que llevó, en el siglo XVIII, a desarrollar máquinas con modelos más elaborados que incorporaban ciertos parámetros aerodinámicos y mecanismos que mejoraban su funcionamiento.  En 1892, en Dinamarca, el profesor Latour diseñó el primer aerogenerador eléctrico, iniciando el desarrollo de la moderna tecnología eólica [1].

La energía presente en las partículas de aire en movimiento es tan abundante que podría satisfacer la demanda energética mundial.  La energía eólica es renovable y limpia; se produce por las diferencias de presión atmosférica resultantes del calor desigual que la superficie terrestre recibe del sol. Sin embargo, aproximadamente sólo el 2% de la energía solar que llega a la Tierra se convierte en viento, y sólo una fracción de éste puede transformarse en energía eléctrica [2]; a pesar de ello, el viento es un excelente recurso energético.  Un aerogenerador utiliza la energía cinética asociada al movimiento de las partículas del viento que impactan en una hélice, que acoplada a un generador eléctrico produce una diferencia de potencial (tensión) utilizable. En la actualidad, la energía eólica necesita un mayor protagonismo, orientado a cambiar el paradigma de producción de energía hacia uno medioambientalmente sostenible, destacando que la producción de energía eólica conlleva unos costes medioambientales significativamente menores que los derivados del uso de combustibles fósiles.