Diseño y construcción de un sistema eólico para bombeo basado en un rotor bioinspirado

Abstract

Esta tesis de maestría se enfoca en el diseño y construcción de un nuevo rotor eólico el cual se basa en el diseño natural de la inflorescencia de una planta verbenácea. En los sistemas eólicos, el conversor de energía es elemento que cambia la energía cinética del aire a energía mecánica en un eje. Es por esto que es de gran importancia determinar cuanta de esta energía es capaz de extraer este dispositivo frente a una corriente de viento que posee una velocidad específica. El objetivo principal de este trabajo es evaluar el desempeño del rotor bioinspirado dentro de un sistema eólico para bombeo. Para ello, se hizo el diseño y la construcción del modelo de rotor para luego ser acoplado dentro de un sistema de bombeo. Este fue probado en el túnel de viento de la Universidad Nacional de Colombia tanto para determinar el coeficiente de potencia así como su desempeño en el sistema de bombeo. Como complemento de este desarrollo experimental, una simulación computacional se hizo teniendo en cuenta los parámetros obtenidos por el modelo real. En los resultados se tiene que el rotor alcanza rendimientos similares a los que tiene los rotores de aerobombas de segunda generación y que a un ángulo de paso de treinta grados se obtiene unos mayores coeficientes de rendimiento. La conclusión más importante es que el rotor si puede ser usado dentro de una aplicación de bombeo. / Abstract. This master thesis focuses on the design and construction of a new wind rotor which is based on the natural design of the inflorescence of a verbenacea specimen. In wind systems, energy converter is an element that changes the air kinetic energy to mechanical energy in a shaft. This is why it is very important to determine how much of this energy is able to remove this device from a wind current that has a specific speed. The main objective of this study was to evaluate the performance of bio-inspired rotor within a wind system for pumping. To do so, did the design and construction of the rotor model and then be mated within a pumping system. This was tested in the wind tunnel at the National University of Colombia, both to determine the power coefficient and its performance in the pumping system. To complement this experimental development, a computer simulation was made taking into account the parameters obtained by the actual model. The results were that the rotor reaches a similar performance of the second generation wind pumping rotors and in a pitch of about thirty degrees the higher rates of performance are obtained. The most important conclusion is that the rotor can be used in a pumping application.