DESARROLLO DE ASPAS PARA MOLINOS EÓLICOS DE BAJA POTENCIA

CATALINA MIRANDA; CAREN ROSALES; ALEJANDRO BASSO; GASTON FRANCUCCI; LEANDRO LUDUEÑA

Mar del Plata

Congreso; SAM CONAMET 2022; 2022

INTEMA

Como consecuencia de la crisis energética global y la problemática ambiental relacionada con ella,mundialmente se ha visto a la conversión de la energía eólica en eléctrica como una alternativa eficiente yamigable con el medio ambiente frente a la generación energética convencional.Los molinos de eje horizontal son los más difundidos y los que han permitido obtener las mayores eficienciasde conversión [1]. Entre los componentes más importantes del molino están las aspas, álabes o palas, yaque cuando el aire las atraviesa, la máquina extrae y transforma parte de su energía cinética en forma derotación a través de ellas [2]. De esta forma, la geometría de las palas determina la fracción deaprovechamiento de energía y tiene un impacto directo en el rendimiento de la turbina [3].Las aspas de las turbinas eólicas están expuestas a condiciones ambientales hostiles y deben soportar calor,frío, radiación solar, erosión e incluso terremotos [3]. Por estos motivos, normalmente se fabrican demateriales compuestos de matriz termorrígida basados en materiales sintéticos, que son livianos y tienenalta resistencia mecánica y a la corrosión. La principal desventaja que tiene este grupo de materiales es queno son reciclables, biodegradables ni provienen de recursos renovables, por lo que generan una huella decarbono significativa y además se desechan en basureros donde ocupan espacio y liberan sustancias tóxicaspara el medio ambiente. Si bien en un principio el hecho de no usar combustible para producir energíaeléctrica aparecía como una opción amigable para el medio ambiente, los materiales que actualmente seusan para lograrlo no lo son [1-3].El objetivo de este trabajo es llevar a cabo el diseño aerodinámico optimizado en CAD de un aspa de molinoeólico de eje horizontal de baja potencia (2kW) para ser fabricado con polímeros termoplásticosbiodegradables (ácido poliláctico, PLA) por impresión 3D. Luego, las aspas impresas serán cubiertas enpieles de bio-compuesto (fibras naturales y bio/resinas epoxi) para brindarle las propiedades estructuralesnecesarias.Se realizó el diseño optimizado CAD de un aspa de molino eólico de baja potencia (2kW) para ser instaladoen zonas rurales del Partido de General Pueyrredón. El diseño se realizó en base a las ecuacionesaerodinámicas del modelo combinado que contempla la teoría de momento de disco actuador y la teoría delelemento de pala [4]. Como parámetros de entrada del modelo se tuvo en cuenta las condicionesambientales de la zona de instalación del molino y la potencia de salida deseada. Con el objetivo deautomatizar el proceso de diseño, se desarrollaron códigos en MATLAB y los resultados se importaron enSolidWorks a través de la utilización de un macro programado en VBA. La Figura 1 muestra el diseño CADfinal del aspa para su fabricación por impresión 3D de polímero termoplástico biodegradable y la Figura 2muestra las dimensiones características del aspa. La Figura 3 muestra el prototipo de aspa fabricado porimpresión 3D a escala real. Este prototipo de aspa fue utilizado como núcleo sobre el cual se llevó a cabo lalaminación con pieles de material compuesto de resina bio-epoxi y fibras naturales para brindar laspropiedades estructurales requeridas. El proceso de laminación se realizó con una novedosa técnica deinfusión de resina por vacío que reúne las ventajas de las técnicas convencionales de infusión de resina porvacío en bolsa y “resin transfer molding (RTM)” [5]. La Figura 4 muestra el aspa en la mesa de laminacióny el prototipo final de aspa laminada estructuralmente apta para cumplir funciones en servicio para laaplicación propuesta.