Generador Eólico por efecto Venturi

Este Proyecto tiene como antecedentes varios trabajos de perfil técnico práctico que nuestra escuela llevó adelante desde el año 2006. Desde ese momento el área de taller realizó varios trabajos que se presentaron en diferentes instancias feriales desde esa fecha hasta el pasado año 2022. Durante todo este proceso de desarrollo, los diferentes equipos los alumnos que intervinieron, lograron cosas muy importantes para nuestra escuela. Ellos mismos, algunos de los cuales hoy son docentes de la escuela, nos alentaron para que participemos con nuevos desafíos. Particularmente por lo que indagamos con ellos, nunca se diseñó un generador eólico porque los antecedentes tuvieron relación con la potabilización de agua, el saneamiento y la desalinización, por ejemplo. Los antecedentes son realmente importantes y por esta razón enfrentamos el desafío.

Estudiando los generadores eólicos tanto de gran potencia como los más pequeños del mercado, vimos que todos comienzan a generar con vientos superiores a los 16 km/h, que son aproximadamente 4,44 m/s. Esto hace que no utilicen franjas de menor valor, las que en las zonas urbanas suelen ser la mayoría. Creemos que por esta razón en las ciudades la única generación alternativa dominante sea la solar, aunque con la edificación también reduce su rendimiento. Consideramos por otra parte que es importante diseñar productos eficientes y económicos para generar, porque también es parte de una situación problemática actual que los equipos sean caros y no faciliten la rápida conversión del sistema de generación, cuestión muy importante y parte de los ODS para el 2030.

Nuestra propuesta en primera fase fue diseñar un generador eólico que trabaja con pequeños flujos de aire, digamos a partir de los 5 km/h, aproximadamente 1,39 m/s, para que pueda ser instalado en cualquier domicilio en zonas urbanas principalmente y de uso domiciliario. Para esto trabajamos con tres componentes: El efecto Venturi + El diseño aerodinámico + La generación. El primero de ellos lo utilizamos para acelerar el aire de entrada, con el segundo aumentamos la eficiencia de orientación y con el último la capacidad de producción de energía. La segunda fase de la propuesta será agregarle un sistema de control electrónico que contenga un controlador y sensores que permitan regular por ejemplo: la generación, la regulación, la carga y el testeo de los parámetros.

Diseño técnico: Relevados los datos necesarios comenzamos el diseño de la parte técnica de la maqueta funcional a diseñar y construir y que estará formado por tres sistemas:

Sistema mecánico

Este está compuesto por tres subsistemas:

1-Subsistema del Venturi

De los datos extraídos y resumiendo: el efecto Venturi es un fenómeno físico que consiste en que cuando un fluido en movimiento dentro de un conducto, atraviesa por una sección menor inevitablemente aumenta su velocidad. Entonces tomamos este principio para fundamentar la creación de un eólico que utilizando este efecto, pueda funcionar con vientos de baja velocidad, utilizando dicho efecto para aumentar los mismos. Lo primero que hicimos fue elegir qué tipo de Venturi podríamos usar, analizamos dos modelos mediante un sistema CFD, en este caso “Flowsimulation” del programa Solidworks.

Modelo redondo:

Modelo cuadrado:

Comparación de ambos modelos: En el modelo redondo el flujo de aire recorre el interior del tubo con líneas muy parejas y graduales. Observamos cómo se acelera llegando a la sección menor, confirmando el efecto Venturi y mostrando que el flujo de aire se acelera aproximadamente unas 9 veces con ésta relación de áreas utilizada. En el modelo cuadrado el flujo tiene una pequeña dispersión en la entrada en los ángulos, como muestra la imagen CFD, pero luego recorre la sección y alcanza prácticamente los mismos valores de velocidad que el redondo. Elección: Nosotros elegimos el cuadrado. Justificación: A pesar que en el modelo redondo no hay perturbaciones y en el modelo cuadrado sí, son en realidad menores y no afectan la aceleración. Pero el motivo principal de la elección se relaciona con la construcción, que se convierte en algo mucho más sencillo con el formato cuadrado.

2-Subsistema del Túnel de Viento

Luego de la elección del formato, continuamos investigando y descubrimos que si lo extendíamos un poco más, haciendo un túnel, el flujo alcanzaba su mayor velocidad y se mantenía constante. Por lo tanto rediseñamos la idea original. Habiendo hecho el ensayo computacional CFD vemos que se cumple lo que lo dicho anteriormente.

3-Subsistema de torre

Sistema aerodinámico de orientación

Viendo el comportamiento del flujo de aire externo al conducto Venturi, diagrama que se muestra más abajo, es que se decidió hacer este diseño de aletas direccionadoras.

Sistema de generación

Está compuesto por un generador de corriente continua, en este caso para la maqueta utilizamos un cooler de computadora, solo para mostrar el sistema ya que no son máquinas que produzcan demasiada energía.

Diseño Presupuestario.

Detalle de los costos

Los elementos reciclados los obtuvimos del propio taller de la escuela, que cuenta con un pequeño depósito donde recibimos donaciones de todo tipo de elementos. Para los materiales que tendremos que comprar recurrimos a nuestra Asociación Cooperadora quien solventará estos gastos.

CONSTRUCCIÓN

De acuerdo a las tareas asignadas para cada grupo y en ese orden comenzamos la construcción de las partes de la maqueta que conformarán el equipo completo.

Sistema mecánico