Diseño del sistema de transmisión y regulación de un aerogenerador de baja potencia

Abstract

To meet the demands of an electric consumption of 2.5 kW-h through a wind power generation system, a turbine is required that is capable of generating this amount of energy without presenting the fluctuations due to the rotation of the propeller due to the Changes in wind speed, in other words, the generation of electric power must be constant. To achieve this objective, it was proposed to design a transmission mechanism with which the wind turbine is able to deliver the same rotation speed in the generator shaft, regardless of the rotation speed of the propeller shaft. This speed will be defined by the speed of the wind that in this case is known to vary from 3 m / s to 28 m / s, which will cause speeds of rotation in the propeller from 30 rpm to 450 rpm in the generator. The mechanism in addition to its primary function of power transmission, will perform additional tasks such as speed regulation and excessive overloads that may occur for higher than desired wind gusts. It will also have a guiding device, which will perform the task of positioning the entire mechanism in the direction where there is a greater incidence of wind, in order to take advantage of as much energy as possible. For the innovative design it will be made up of asymmetric gears, which may be coupled to variable transmission elements and to centrifugal action mechanisms, because it is desirable that all elements be mechanical and available in the domestic market.

Para atender las demandas de un consumo eléctrico de 2.5 kW-h a través de un sistema de generación eólico, se requiere de una turbina que sea capaz de generar dicha cantidad de energía sin presentar las fluctuaciones debidas a la rotación de la hélice debidas por los cambios en la velocidad del viento, en otras palabras, la generación de la energía eléctrica deberá de ser constante. Para conseguir tal objetivo se propuso diseñar un mecanismo de transmisión con el cual el aerogenerador sea capaz de entregar la misma velocidad de rotación en la flecha del generador, sin importar la velocidad de rotación de la flecha de la hélice. Esta velocidad estará definida por la velocidad del viento que para este caso se sabe oscilará desde los 3 m/s hasta los 28 m/s, las cuales provocarán velocidades de giro en la hélice de 30 rpm hasta 450 rpm en el generador. El mecanismo además de su función primordial de transmisión de potencia, realizará tareas adicionales como la de la regulación de la velocidad y de las sobrecargas excesivas que se puedan presentar para rachas de viento superiores a las deseadas. Contará también con un dispositivo orientador, que realizará la tarea de posicionar a la totalidad del mecanismo en la dirección en que exista mayor incidencia del viento, para así aprovechar la mayor cantidad de energía posible. Para que el diseño sea innovador estará conformado por engranajes asimétricos, que podrán estar acoplados a elementos de transmisión variables y a mecanismos de acción centrífuga, debido a que es deseable que todos los elementos sean mecánicos y que estén disponibles en el mercado nacional.