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Título : DISEÑO DE LA CARCASA DE UN AEROGENERADOR DE BAJA POTENCIA USANDO EL METODO DEL ELEMENTO FINITO
Autor : DR. VINIEGRA HEBERLEIN, FERMIN
ING. RAMIREZ JOACHIM, JUAN
Palabras clave : AEROGENERADOR
METODO DEL ELEMENTO FINITO
Fecha de publicación : 5-dic-2011
Resumen : In the present paper shows the procedure to get a conceptual design for a Nacelle of low-power wind turbines horizontal axis with a diameter of blades estimated between 4.5 to 5 meters and an electrical power output of 5 kW. This project is located in the section on post Graduate Education and Research in Zacatenco Professional Unit, This project is named "Ehecamani." In the first chapter, an analysis at this moment of the energy situation in developed countries as well as in countries which are developing. They have begun to use of renewable energy as one of the best options for additional supply in the electrical network, according to the country's resources. In this topic, the use of wind power generation has proofed to be highly profitable. When is analyzing the current situation in Mexico, the use of this kind of energy has been limited, which have been done developing research projects for the implementation of wind turbines more efficient and economical, designed specifically for use and installation on Mexican soil. In chapter two, it shows the analysis of loads to which structures are exposed to the wind turbines in operation. Such structures are known for their high stiffness, in the case of the housing, the goal is to support and mitigation of external vibratory loads. In the same chapter defines the design loads, taking as reference the DS 472 and Lloyd standards applicable to lowpower wind turbines. In chapter three, an analysis of the formulation of the numerical method called finite element (FEM by its Spanish acronym), which consists in the discretization of a continuum in several elements. The elements used are three-dimensional tetrahedral higher order type, this means intermediate nodes. In the same chapter discusses the selection of a commercial computer program to aid in the design of the housing. In chapter four, is the procedure for the conceptual design of the housing of low-power turbine, for which, the main design is made with high rigidity of the bedplate, this is because in low-wind turbines the bedplate is approximately 80% of full nacelle. We performed a basic design, which was tuned using the concurrent design method assisted with the MEF. We identified critical stress states which are the result of simulations in static operating conditions, in addition to obtaining proportionality factors for the future design changes because current information is limited and these factors will facilitate rapid modification to the final design. Finally, the conclusions reached are shown at the end of this work, followed by the recommendations and future works.
Descripción : En el presente trabajo, se muestra el procedimiento realizado para obtener un diseño conceptual de una carcasa de un aerogenerador de baja potencia de eje horizontal con un diámetro de palas estimado entre 4.5 a 5 metros y una potencia Eléctrica de salida de 5 kW. Dicho proyecto se desarrolla en la sección de Estudios de Posgrado e Investigación de la ESIME Unidad profesional Zacatenco, con nombre del proyecto “Ehecamani”. En el capítulo uno se realiza un análisis de la situación energética actual, en los países desarrollados así como en los países en vías de desarrollo. Que han comenzado el uso de energías renovables como una de las mejores opciones para el suministro complementario en la red eléctrica, acorde a los recursos del país. En los cuales el uso de la energía Eólica ha mostrado ser altamente rentable. Si se analiza la situación actual en México, el uso ha sido limitado, por lo cual se han estado desarrollando proyectos de investigación para la implementación de generadores eólicos más eficientes y económicos, diseñados específicamente para su uso e instalación en suelo mexicano. En el capítulo dos, se muestra el análisis de cargas a las cuales se encuentra expuestas las estructuras de los aerogeneradores en operación. Dichas estructuras son conocidas por su alta rigidez, en el caso de la carcasa, el objetivo es dar soporte y la atenuación de cargas vibratorias externas. En el mismo capítulo se definen las cargas de diseño, tomando como referencia las normas DS 472 y Lloyd, aplicables a Aerogeneradores de baja potencia. En el capítulo tres, se realiza un análisis de la formulación del método numérico llamado Elemento Finito (MEF por sus siglas en español), el cual consiste en la discretización de un continuo en varios elementos. Los elementos usados son tridimensionales del tipo tetraédrico de orden superior, es decir con nodos intermedios. En el mismo capítulo se analiza la selección de un programa computacional comercial para el auxilio en el diseño de la carcasa. En el capítulo cuatro, se muestra el procedimiento para el diseño conceptual de la carcasa del aerogenerador de baja potencia, el diseño principal se realiza con alta rigidez de la bancada, esto es debido a que en las turbinas de viento de baja potencia la bancada representa aproximadamente el 80% de la misma. Se realizó un diseño base, el cual fue afinado usando el método de diseño concurrente auxiliado con el MEF. Se identificó los estados de esfuerzos críticos, que son resultado de las simulaciones en las condiciones de operación estática, además de la obtención de factores de proporcionalidad para la modificación futura del diseño, debido a que la información actual es limitada y dichos factores facilitarán una rápida modificación para el diseño final. Finalmente las conclusiones obtenidas se muestran al final de dicho trabajo, seguidas por las recomendaciones y trabajos futuros.
URI : http://www.repositoriodigital.ipn.mx/handle/123456789/13178
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