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La diversidad de la matriz energética y el desarrollo tecnológico de turbinas eólicas de alta eficiencia a bajas velocidades de viento para el aprovechamiento del recurso eólico constituye una preocupación prioritaria tanto del gobierno nacional como para la comunidad internacional en general. Se estima que en Chile el 38% del consumo energético proviene del petróleo, mientras que el gas natural muestra una participación en el mercado de un 24%. La utilización de fuentes de Energía Renovable No Convencionales (ERNC) para la generación de energía alcanza un 2.4% en nuestro país. En este sentido, el compromiso del gobierno de Chile, de diversificar la matriz energética, ha conducido a establecer políticas para fomentar el aumento de la utilización de energías renovables no convencionales a un 15% desde el 2007 al 2010.
En general, las características de operación de las turbinas eólicas de pequeña potencia (10 kW -100 kW) se basan en reguladores por pérdidas aerodinámicas y de velocidad variable; esta no necesariamente es una buena combinación para las condiciones de operación a bajas velocidades de viento. Por otro lado, las máquinas importadas son de alto costo y sus rendimientos no están certificados.
Desde un punto de vista técnico, las dimensiones y formas constructivas de las aspas de una turbina eólica difieren notablemente entre uno y otro fabricante. Principalmente, las diferencias constructivas se aprecian en la forma del perfil aerodinámico del aspa, así como en el diámetro del rotor de una turbina eólica, las cuales varían entre los 9.5 a 12 metros para turbinas de 20 kW. La diferencia en el diámetro del rotor se debe principalmente al deficiente diseño del perfil aerodinámico del aspa, el cual incide directamente en el rendimiento y costo de la turbomáquina.
Teniendo presente los antecedentes precedentemente indicados, la investigación y propuesta de este proyecto se enfoca al desarrollo y manufactura de una turbina eólica de alta eficiencia a bajas velocidades de viento para comunidades aisladas y sectores productivos agrícolas. El prototipo de turbina eólica, propuesto en este proyecto, presenta un sistema innovador de regulación por pérdidas aerodinámicas, basado en generadores de vórtices y en la rugosidad superficial del aspa, los cuales permiten optimizar la potencia de salida de la turbina respecto de la velocidad de viento medida. Por otra parte, el desarrollo del perfil de las aspas tiene su principal ventaja en la maximización de la energía obtenida mediante un diseño aerodinámico validado teóricamente a través de un sistema computacional de dinámica de fluidos (Computacional Fluids Dynamics, CFD). Para la validación experimental de la turbina eólica se construirá un túnel de viento con el objeto de analizar el comportamiento sobre modelo del aerogenerador, bajo diferentes condiciones de carga. Además se realizará un análisis detallado de la influencia de parámetros, tales como variación del ángulo del perfil, velocidad del viento, variación de la capa límite, generadores de vórtices, entre otros, sobre las curvas de potencia de la turbina eólica. Se ha considerado diseñar un sistema de monitorización y control ‘on line’ de la turbina eólica, con el objeto de optimizar las curvas de potencia mediante el control del ángulo de ataque del aspa del aerogenerador. Este sistema tiene la característica de proporcionar información relacionada con la energía generada en un instante de tiempo, además de cuantificar la energía para autoconsumo, con el objeto de analizar la posibilidad de comercializar la energía no utilizada.
Debe destacarse que el beneficio de este proyecto involucra la obtención de una turbina eólica de alta eficiencia (η > 30%), bajo costo (0.12 US/kWh) y curvas de potencia certificadas, que permita la generación de energía para sectores agrícolas y rurales aislados destinada al uso doméstico, riego y generación de frío, entre otros; además de la posibilidad de comercializar parte de la energía generada. El costo de 0.12 US/kWh estimado para esta turbina es ampliamente competitivo respecto de otros medios de generación de energía a este nivel de potencia, tales como generadores Diesel (0.2-0.4 US/kWh), Solar (0.4-0.6 US/kWh), Minihidráulica (0.07-0.2 US/kWh) entre otros (Fuente: Global Status Report 2007).
Finalmente, el producto obtenido podrá ser comercializado tanto en el mercado nacional como internacional. |