Diseño y control de un aerogenerador vertical

DISEÑO Y CONTROL DE UN AEROGENERADOR
MARC MOLINA GALLEGO
TREBALL FINAL DE GRAU
TITULO: DISEÑO Y CONTROL DE UN AEROGENERADOR VERTICAL
AUTORES: MOLINA GALLEGO, MARC
FECHA DE PRESENTACIÓN: GENER 2025
DISEÑO Y CONTROL DE UN AEROGENERADOR
MARC MOLINA GALLEGO
APELLIDOS: MOLINA GALLEGO NOMBRE: MARC
TITULACIÓN: INGENIERIA ELECTRONICA INDUSTRIAL Y AUTOMATICA
PLAN: 2009
DIRECTOR: JOAN MARC RODRÍGUEZ BERNUZ
DEPARTAMENTO: DEE- DEPARTAMENTO D’INGENIERIA ELECTRICA
CALIFICACIÓN DEL TFE
TRIBUNAL
PRESIDENTE SECRETARIO VOCAL
ANDRADA GASCON, PEDRO CASAS FERNÁNDEZ, BERNARDINO TORRENT BURGUES, MARCEL
FECHA DE LECTURA: 04/02/2025
Es e p oyec o iene en cuen a aspec os medioambien ales: SI NO
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MARC MOLINA GALLEGO
RESUMEN
Es e es udio p esen a el diseño, ab icación y e aluación expe imen al de un ae ogene ado
de eje e ical ipo Sa onius, con el obje i o de analiza su e iciencia en la con e sión de
ene gía eólica en condiciones de baja elocidad de ien o. Pa a ello, se han desa ollado y
compa ado es modelos de aspas con dis in as con igu aciones geomé icas, con el in de
e alua el impac o de su diseño en la cap ación y ap o echamien o de la ene gía del ien o.
El p oceso de diseño se lle ó a cabo median e modelado 3D, lo que pe mi ió op imiza las
o mas de las aspas an es de su ab icación. La manu ac u a se ealizó median e imp esión
3D en PLA, un ma e ial seleccionado po su acilidad de p oducción y es abilidad es uc u al
en condiciones expe imen ales.
Pa a el análisis ae odinámico, se ealiza án simulaciones compu acionales de dinámica de
luidos (CFD) en un ango de 2 a 10 m/s de elocidad del ien o y alo es de TSR en e 0 y
2,5, lo que pe mi i á es udia la in e acción del lujo de ai e con las aspas, calcula el
coe icien e de po encia y e alua pa ones de dis ibución de p esión y u bulencia.
Pos e io men e, se lle a án a cabo p uebas expe imen ales en un únel de ien o,
some iendo el ae ogene ado a elocidades de 1 a 5 m/s, con el mismo ango de TSR en e
0 y 2,5, u ilizando senso es pa a la medición de o que y elocidad angula .
El es udio busca de e mina la in luencia del diseño de las aspas en la con e sión de ene gía
eólica, así como compa a los esul ados ob enidos en simulación con los da os
expe imen ales. A a és de es e en oque combinado, se espe a mejo a la comp ensión
del compo amien o ae odinámico de los ae ogene ado es de eje e ical y gene a
in o mación ú il pa a su op imización en aplicaciones de baja elocidad de ien o.
PALABRAS CLAVE (MAXIMO 10):
Ae ogene ado
Sa onius
Ene gía eólica
Diseño
Simulación CFD
Imp esión 3D
Con ol
E iciencia
Fab icación
Túnel de ien o
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RESUM
Aques es udi p esen a el disseny, ab icació i a aluació expe imen al d’un ae ogene ado
d’eix e ical ipus Sa onius, amb l’objec iu d’anali za la se a e iciència en la con e sió
d’ene gia eòlica en condicions de baixa eloci a de en . Pe a això, s’han desen olupa i
compa a es models de pales amb di e en s con igu acions geomè iques, amb la inali a
d’a alua l’impac e del seu disseny en la cap ació i ap o i amen de l’ene gia del en .
El p océs de disseny s’ha du a e me mi jançan modela ge 3D, e que ha pe mès
op imi za les o mes de les pales abans de la se a ab icació. La manu ac u a s’ha eali za
mi jançan imp essió 3D en PLA, un ma e ial selecciona pe la se a acili a de p oducció i
es abili a es uc u al en condicions expe imen als.
Pe a l’anàlisi ae odinàmica, es eali za an simulacions compu acionals de dinàmica de
luids (CFD) en un ang de 2 a 10 m/s de eloci a del en i alo s de TSR en e 0 i 2,5, la
qual cosa pe me à es udia la in e acció del lux d’ai e amb les pales, calcula el coe icien
de po ència i a alua pa ons de dis ibució de p essió i u bulència. Pos e io men , es
du an a e me p o es expe imen als en un únel de en , so me en l’ae ogene ado a
eloci a s d’1 a 5 m/s, amb el ma eix ang de TSR en e 0 i 2,5, u ili zan senso s pe a la
mesu a del pa ell i la eloci a angula .
L’es udi busca de e mina la in luència del disseny de les pales en la con e sió d’ene gia
eòlica, així com compa a els esul a s ob ingu s en simulació amb les dades expe imen als.
A a és d’aques en ocamen combina , s’espe a millo a la comp ensió del compo amen
ae odinàmic dels ae ogene ado s d’eix e ical i gene a in o mació ú il pe a la se a
op imi zació en aplicacions de baixa eloci a de en .
PARAULES CLAU (MÀXIM 10):
Ae ogene ado
Sa onius
Ene gia eòlica
Disseny
Simulació CFD
Imp essió 3D
Con ol
E iciència
Fab icació
Túnel de en
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ABSTRACT
This s udy p esen s he design, manu ac u ing, and expe imen al e alua ion o a Sa onius-
ype e ical-axis wind u bine, aiming o analyze i s e iciency in con e ing wind ene gy
unde low wind speed condi ions. To achie e his, h ee blade models wi h di e en
geome ic con igu a ions ha e been de eloped and compa ed o assess he impac o hei
design on wind ene gy cap u e and u iliza ion.
The design p ocess was ca ied ou using 3D modeling, which allowed o he op imiza ion
o he blade shapes be o e manu ac u ing. The ab ica ion was pe o med h ough 3D
p in ing using PLA, a ma e ial chosen o i s ease o p oduc ion and s uc u al s abili y unde
expe imen al condi ions.
Fo ae odynamic analysis, compu a ional luid dynamics (CFD) simula ions will be
conduc ed wi hin a wind speed ange o 2 o 10 m/s and TSR alues be ween 0 and 2,5,
allowing he s udy o ai low in e ac ion wi h he blades, calcula ion o he powe
coe icien , and e alua ion o p essu e dis ibu ion and u bulence pa e ns. Subsequen ly,
expe imen al es s will be conduc ed in a wind unnel, exposing he wind u bine o wind
speeds om 1 o 5 m/s, main aining he same TSR ange be ween 0 and 2,5, using senso s
o measu e o que and angula eloci y.
The s udy aims o de e mine he in luence o blade design on wind ene gy con e sion, as
well as o compa e he esul s ob ained om simula ions wi h expe imen al da a. Th ough
his combined app oach, he esea ch seeks o enhance he unde s anding o he
ae odynamic beha io o e ical-axis wind u bines and gene a e aluable in o ma ion o
hei op imiza ion in low wind speed applica ions.
KEYWORDS (10 maximum):
Wind u bine
Sa onius
Wind ene gy
Design
CFD simula ion
3D p in ing
Con ol
E iciency
Manu ac u ing
Wind unnel

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1
ÍNDICE
1. In oducción .................................................................................................................. 9
1.1. Mo i ación del p oyec o ........................................................................................ 9
1.2. Obje i os gene ales y especí icos ........................................................................ 10
Obje i o gene al: ............................................................................................................. 10
1.3. Jus i icación del diseño de un ae ogene ado e ical ........................................ 11
1.4. Alcance y limi aciones del p oyec o .................................................................... 12
2. Ma co Teó ico.............................................................................................................. 15
2.1. His o ia de la ene gía eólica ................................................................................. 15
2.2. Ene gía eólica: undamen os y concep os básicos .............................................. 24
2.3. Tipos de ae ogene ado es: ho izon ales s. Ve icales ....................................... 33
2.4. P incipios del ae ogene ado ipo Sa onius ........................................................ 37
2.5. Ma e iales u ilizados en ae ogene ado es .......................................................... 39
2.6. Mé odos de análisis y diseño ae odinámico ....................................................... 40
2.7. Túnel de ien o .................................................................................................... 44
3. Diseño y Fab icación ................................................................................................... 48
3.1. Diseño p elimina del ae ogene ado ................................................................. 48
3.2. Diseño de las aspas: cu a u a, ángulo y disposición .......................................... 49
3.3. P oceso de imp esión 3D de las piezas ................................................................ 55
3.4. Ensamblaje del ae ogene ado y componen es .................................................. 58
3.5. Mon aje y ensamble al únel de ien o ............................................................... 60
4. Simulaciones ................................................................................................................ 63
4.1. He amien as y Mé odos ..................................................................................... 63
4.1.1. So wa e CFD: SolidWo ks Flow Simula ion ............................................ 63
4.1.1.1. Con igu ación inicial ................................................................................. 64
4.1.1.2. Flow T ajec o ies ...................................................................................... 66
4.1.1.3. Su ace Plo s ............................................................................................ 68
4.1.1.4. Cu Plo s ................................................................................................... 69
4.1.2. P uebas expe imen ales en únel de ien o: especi icaciones y
pa áme os ................................................................................................................ 71
4.2. Simulación Median e CFD .................................................................................... 73
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4.2.1. Con igu ación del modelo y pa áme os iniciales ................................... 73
4.2.2. Resul ados de las simulaciones compu acionales pa a los es modelos75
5. Sis ema de Con ol y Medición ................................................................................... 85
5.1. Implemen ación del mo o pa a lec u a y elocidad cons an e ......................... 85
5.2. Con igu ación del mo o y pa áme os de ope ación ......................................... 87
5.3. Técnicas de moni o eo de elocidad y o que .................................................... 89
6. P uebas en el Túnel de Vien o .................................................................................... 92
6.1. P epa ación y mon aje .............................................................................................. 92
6.2. Resul ados expe imen ales pa a los es modelos ................................................... 95
7. Resul ados y Discusión .............................................................................................. 102
7.1. Rendimien o del ae ogene ado en condiciones eales .................................... 102
7.2. Compa ación de esul ados simulados y eales ................................................ 103
7.3. E aluación de los es modelos y selección del diseño óp imo ......................... 105
7.4. Limi aciones iden i icadas du an e las p uebas ................................................ 107
8. P esupues o ............................................................................................................... 109
8.1. Cos es de ma e iales .......................................................................................... 109
8.2. Cos es asociados a so wa e .............................................................................. 110
8.3. Cos es desa ollo ............................................................................................... 112
8.4. E aluación económica global del p oyec o ....................................................... 112
9. Análisis de Sos enibilidad e Implicaciones É icas .................................................... 115
9.1. Impac o ambien al del uso de ma e iales y p ocesos de imp esión 3D ........... 115
9.2. Con ibución del ae ogene ado a la ansición ene gé ica .............................. 116
9.3. Implicaciones é icas del desa ollo ecnológico y su impac o en la sociedad ... 117
10. Conclusiones y Recomendaciones ......................................................................... 120
10.1. Conclusiones gene ales del p oyec o ............................................................ 120
10.2. Recomendaciones pa a u u os diseños o mejo as ....................................... 122
11. Ag adecimien os ..................................................................................................... 125
12. Bibliog a ía .............................................................................................................. 127
13. Anexos ..................................................................................................................... 131
13.1. Anexo-A. Planos de los es modelos ............................................................. 131
13.2. Anexo-B. Tablas de simulaciones en SolidWo ks .......................................... 131
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13.3. Anexo-C. Tablas de simulaciones en Túnel de Vien o ................................... 131
13.4. Anexo-D. Video de simulación en Túnel de Vien o ....................................... 131
13.5. Anexo-E. Animación ....................................................................................... 131
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ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Ilus ación 1: Emba cación An iguo Egip o usando ene gía eólica ......................................... 15
Ilus ación 2: Molino de ien o eu opeo ípico de la Edad Media .......................................... 17
Ilus ación 3: Sis ema de Pólde es en los Países Bajos: Ges ión del Agua median e Molinos.
.................................................................................................................................................. 18
Ilus ación 4: Molinos de ien o his ó icos en Holanda. ......................................................... 19
Ilus ación 5: Ae omo o clásico: Inno ación es adounidense en la ges ión del agua u al .. 20
Ilus ación 6: La u bina de B ush: Pione a en gene ación eléc ica median e ene gía eólica
.................................................................................................................................................. 22
Ilus ación 7: Pa que eólico ma ino ......................................................................................... 23
Ilus ación 8: Mapa mundial de la pa icipación de la ene gía eólica y sola en la gene ación
eléc ica .................................................................................................................................... 24
Ilus ación 9: Funcionamien o del ien o ................................................................................ 26
Ilus ación 10: E ec o del Flujo de Vien o en un Ae ogene ado con Concen ado .............. 30
Ilus ación 11: So wa e OpenFOAM ....................................................................................... 43
Ilus ación 12: So wa e SolidWo ks ........................................................................................ 43
Ilus ación 13: So wa e ANSYS ............................................................................................... 44
Ilus ación 14: P ueba ae odinámica en únel de ien o ........................................................ 45
Ilus ación 15: Túnel de ien o ................................................................................................ 47
Ilus ación 16: Aguje o pa a el alojamien o de la ue ca pa a la unión de las aspas a la base
.................................................................................................................................................. 50
Ilus ación 17: Pe o ación pa a el alojamien o del aco que si e de unión en e las aspas, la
pa e supe io e in e io .......................................................................................................... 51
Ilus ación 18: Vis a supe io de cómo se unen las aspas unas con o as .............................. 52
Ilus ación 19: Modelo 1 del ae ogene ado ........................................................................... 53
Ilus ación 20: Modelo 2 del ae ogene ado ........................................................................... 54
Ilus ación 21: Modelo 3 del ae ogene ado ........................................................................... 55
Ilus ación 22: Visualización de las aspas del ae ogene ado en la pla a o ma C eali y P in
6.0 ............................................................................................................................................ 56
Ilus ación 23: Imp eso a 3D imp imiendo base ae ogene ado ............................................ 58
Ilus ación 24: Con igu ación de simulación CFD en SolidWo ks Flow Simula ion ................. 65
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- Realiza ensayos expe imen ales en un únel de ien o pa a alida los esul ados
numé icos y compa a el endimien o ela i o de los es diseños en un en o no
con olado.
- Es udia y con a es a los da os gene ados de las simulaciones y las p uebas
expe imen ales, iden i icando el diseño de las aspas más e icien e y explo ando sus
aplicaciones p ác icas.
1.3. Jus i icación del diseño de un ae ogene ado e ical
El diseño de un ae ogene ado de eje e ical es á espaldado po sus a ibu os dis in i os y
bene icios en compa ación en e a o as con igu aciones, como los ae ogene ado es de eje
ho izon al. Es e ipo de ae ogene ado se ca ac e iza po su diseño es uc u al simple, su
adap abilidad a di e sas condiciones de ien o y su e icacia en en o nos con bajas elocidades
de ien o débil o lujos de ien o i egula es.
El ae ogene ado de eje e ical se elige, en g an medida, po su capacidad de ope a en
di e en es di ecciones del ien o. A di e encia de los sis emas de o ien ación pa a alinea se
con el ien o p edominan e, como los ae ogene ado es de eje ho izon al. Es a ca ac e ís ica
los con ie e en una solución ideal pa a á eas u banas o u ales donde los obs áculos, como
edi icios o á boles, c an pa ones de ien o i egula es.
Los ae ogene ado es e icales se ca ac e izan po su capacidad de adap a se en espacios
limi ados. Su diseño compac o pe mi e su ins alación en á eas donde los ae ogene ado es
ho izon ales no se ían uncionales, como echos pa ios o zonas con es icciones especiales.
Es a en aja los posiciona como una opción iable pa a aplicaciones de meno escala,
pa icula men e en sis emas de gene ación dis ibuida que p oducen ene gía ce ca del pun o
de consumo.
En e sus en ajas se encuen a la simplicidad es uc u al de es e ipo de ae ogene ado , que
educe los cos os de p oducción y man enimien o en compa ación con las u binas de eje
ho izon al. Los componen es p incipales, como la base y las aspas, p esen an un diseño
menos complejo, lo que acili a su p oducción con he amien as como la imp esión 3D. Es o

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no solo minimiza los cos os de desa ollo, sino que ambién pe mi e agiliza las
modi icaciones a dis in as condiciones ope a i as.
El ae ogene ado ipo Sa onius se p esen a como una solución adecuada en e las
con igu aciones de eje e ical, debido a su capacidad pa a unciona e icien emen e en
condiciones de ien o débil y su diseño sólido. Si bien su endimien o es meno en
compa ación a modelos más complejos, como el modelo Da ieus, su iabilidad y acilidad de
uso lo hacen ideal pa a p oyec os expe imen ales y aplicaciones conc e as que p io izan la
simplicidad y la adap abilidad.
En conclusión, el desa ollo de un ae ogene ado de eje e ical busca sa is ace la necesidad
de p opone al e na i as sos enibles accesibles pa a comunidades con ecu sos económicos
limi ados. Su capacidad pa a acili a la gene ación descen alizada de la p oducción de
ene gía, educi la dependencia de edes eléc icas cen alizadas y omen a la adopción de
ene gías eno ables lo con ie e como un ecu so undamen al en la ansición hacia un
sis ema ene gé ico más equilib ada y espe uoso con el en o no.
1.4. Alcance y limi aciones del p oyec o
Es e p oyec o se en oca en el diseño, cons ucción y análisis expe imen al de un
ae ogene ado de eje e ical ipo Sa onius, con el p opósi o de es udia la in luencia de
dis in as con igu aciones geomé icas de aspas en su e iciencia ae odinámica y es uc u al. El
p oceso con empla es diseños de aspas ealizados a a és de SolidWo ks, con a iaciones
en cu a u a y adio.
Las piezas del ae ogene ado se án p oducidas median e imp esión 3D, u ilizando PLA como
ma e ial p incipal, empleando imp eso as 3D p opo cionadas po la uni e sidad. T an la
ab icación, se lle a á acabo el ensamblaje del disposi i o y su alidación median e p uebas
expe imen ales en un únel de ien o, donde se analiza á el desempeño de cada modelo en
un en o no con olado.
De mane a simul ánea, se ealiza án simulaciones de dinámica de luidos compu acional
(CFD) pa a p edeci el compo amien o ae odinámico de los diseños. Los esul ados
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ob enidos a a és de dichas simulaciones se compa a án con los da os expe imen ales,
pe mi iendo iden i ica y en ende su uncionalidad y iabilidad écnica. Asimismo, el
p oyec o inclui á el análisis de los cos os asociados a la ab icación y p uebas, p opo cionando
una pe spec i a económica comple a del desa ollo.
El es udio ambién inco po a la explo ación de las implicaciones de sos enibilidad, e aluando
el impac o ambien al asociado a de los ma e iales y p ocesos de ab icación seleccionado. Los
esul ados y conclusiones gene ados es ablece án un pun o de pa ida pa a in es igaciones y
aplicaciones u u as en las p ac icas del ámbi o de los ae ogene ado es de eje e icales.
El p oyec o p esen a algunas es icciones de i adas del en oque adop ado y los ecu sos
disponibles. Las p uebas expe imen ales se ealiza án únicamen e en un únel de ien o y no
e leja án con o al p ecisión el compo amien o del ae ogene ado en condiciones eales,
donde el lujo del ien o suele se más a iables y u bulen o.
En elación con el uso de ma e iales, el PLA, aunque es ap opiado pa a la ab icación de
p o o ipos, ca ece de obus ez y du eza. Es e ma e ial ue seleccionado po su accesibilidad y
acilidad de ab icación, g acias a su sencillez de abaja con el median e imp esión 3D.
Debido a es o, no se e alua á su esis encia p olongada ni su desempeño bajo condiciones
exigen es en es e es udio.
Las simulaciones CFD, aunque p ecisas y de alladas, p esen an limi aciones debido a la
simpli icación inhe en es a los modelos ma emá icos que se aplican. Fac o es como la
idealización de las condiciones iniciales y la al a de conside aciones de e ec os ex e nos
pueden da luga a disc epancias en e los esul ados simulados y expe imen ales.
Es e p oyec o es á o ien ado exclusi amen e al desa ollo, análisis y compa ación de un
ae ogene ado ipo Sa onius, sin inclui compa aciones con o as con igu aciones, como
modelos de ipo Da ieus o híb idos. Es e en oque es inge la gene alización de las
conclusiones hacia o os ipos de diseños de ae ogene ado es e icales.
Po o o lado, es e p oyec o engloba el alcance de odas las e apas necesa ias pa a desa olla
un ae ogene ado de ipo Sa onius, desde el diseño inicial has a el análisis expe imen al,
p opo cionando da os écnicos aliosos pa a su op imización y po encial implemen ación
u u a. Sin emba go, deben ene se en conside ación las limi aciones asociadas al en o no
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expe imen al, los ma e iales seleccionados y el en oque adop ado al e alua los esul ados y
su aplicabilidad en o os con ex os.
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2. Ma co Teó ico
2.1. His o ia de la ene gía eólica
O ígenes de la ene gía eólica
La his o ia de la ene gía eólica iene en las p ime as ci ilizaciones, en el momen o en que el
se humano empezó a usa la ue za del ien o como he amien a básica pa a la ealización
de labo es co idianas. Es a e apa ma ca los o ígenes de una ecnología, que aun udimen a ia,
ma ca un an es y un después en la sociedad.
De los p ime os egis os his ó icos documen ados del su uso p o iene del An iguo Egip o,
donde se cons uye on na íos equipadas con elas impulsadas po el ien o pa a na ega po
el io Nilo. Es as emba caciones no solo ma ca on un an es y un después en el anspo e,
sino que ambién dinamiza on el come cio y pe mi ie on la conexión de comunidades
si uadas a la gas dis ancias. La ue za del ien o, canalizada median e simples elas, o ecía
una al e na i a e icien e y sos enible pa a la na egación lu ial. Es e sis ema supuso una
ans o mación signi ica i a en las dinámicas come ciales y cul u ales del an iguo Egip o.
Ilus ación 1: Emba cación An iguo Egip o usando ene gía eólica. Fuen e: [1]
Va ios siglos más a de, hacia el siglo VII, la u ilización del ien o como uen e de ene gía dio
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un sal o impo an e en Pe sia con la in ención de los p ime os molinos de eje e ical. Es as
máquinas, diseñadas con aspas de made a ecubie as con ela, se u ilizaban p incipalmen e
pa a bombea agua y mole g anos. Su c eación espondió a la demanda de las comunidades
u ales de con a con una uen e con inua de ene gía pa a sus labo es dia ias. Asimismo, su
diseño es aba cuidadosamen e adap ado a las co ien es de ien o habi uales de la zona.
Aunque de diseño sencillo, ep esen a on un paso cla e en la e a ecnología y e idencia on
la c ea i idad humana pa a abo da desa íos complejos median e el uso de los medios
disponibles.
Con la expansión de la ecnología de los molinos pe sas hacia o as egiones de Asia y Eu opa,
su diseño se io modi icado pa a sa is ace las demandas locales lo que de i o a la inno ación
de nue os diseños, dando paso a inno ado as aplicaciones de la ene gía eólica. Es e p oceso
de in e cambio cul u al y écnico ue decisi o pa a el desa ollo de u u os mecanismos
basados en el ien o.
Du an e es e pe iodo, el ien o dejo de se solo una ue za de la na u aleza pa a con e i se
en un ecu so es a égico que omen o el desa ollo de las ci ilizaciones. Su empleo acili o a
las p ime as ci ilizaciones op imiza p ocesos como en la ag icul u a, come cio y anspo e,
allanando el camino hacia p og esos más so is icados en los siglos enide os.
La expansión y e olución de la ene gía eólica en la Edad Media
En la Edad Media, el uso de la ene gía eólica i ió un pe iodo de expansión y di e si icación
en su uso, pa icula men e en Eu opa. Los molinos de ien o llega on a se elemen os cla e
en las á eas u ales, p opo cionando soluciones a a eas que an es dependían de g andes
es ue zos manuales o animales. Es e pe iodo ue de e minan e pa a la e olución ecnológica
del uso del ien o como ecu so ene gé ico.

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Ilus ación 2: Molino de ien o eu opeo ípico de la Edad Media. Fuen e: [2]
Hacia el siglo XII, en Eu opa, su gie on los p ime os molinos de ien o de eje ho izon al, que
supusie on un a ance ele an e en compa ación con los de eje e ical u ilizados en Pe sia. El
diseño eu opeo inco po aba un eje ho izon al que, a a és de eng anajes, ans o maba el
mo imien o de o ación en una ue za uncional pa a di e sas aplicaciones. P incipalmen e,
es os molinos e an la molienda p incipal de g ano, una labo cla e pa a ga an iza la
subsis encia de las comunidades ag ícolas. Asimismo, u ie on una unción de e minan e en
el bombeo del agua, especialmen e en egiones como los Países Bajos, donde los sis emas de
desagüe e an c í icos pa a gana ie as cul i ables. G acias a es as aplicaciones hizo que los
molinos de ien o se con i ie an en elemen os imp escindibles pa a la economía u al de la
época.
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Ilus ación 3: Sis ema de Pólde es en los Países Bajos: Ges ión del Agua median e Molinos. Fuen e: [3]
A lo la go del iempo los molinos eu opeos expe imen a on una e olución no able en su
diseño. Las o es, que o iginalmen e es aban cons uidas de made a, ue on emplazadas
po es uc u as de pied a, lo que inc emen o conside ablemen e su es abilidad y esis encia
an e climas des a o ables. Además, se inco po a on mecanismos que pe mi ían ajus a la
o ien ación de las aspas según la di ección del ien o, mejo ando así su endimien o y su
e ec i idad. Es os p og esos son p ueba de la con inua adap ación de la ecnología eólica a
las di e sas necesidades locales.
En egiones como China y el Medio O ien e, los molinos de ien o e oluciona on pa a a ende
necesidades conc e as, como el iego de cul i os o la i u ación de alimen os. Aunque
exis ían di e encias cul u ales y geog á icas, es as in enciones gi aban en o no al mismo
concep o: el ap o echamien o del ien o como una ene gía limpia y eno able.
La Edad media ue, además de un pe iodo de inno ación écnica, una e a de un in enso
in e cambio cul u al. Los conocimien os elacionados con el diseño y empleo de molinos de
ien o se disemina on g acias a las u as come ciales y los encuen os en e las di e sas
ci ilizaciones. Es e in e cambio de ideas supuso un hi o en la his o ia de la ene gía eólica.
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La Re olución Indus ial y el esu gi de la ene gía eólica
Con la Re olución Indus ial, se p odujo un cambio d ás ico en la mane a de en ende y usa
la ene gía eólica. A lo la go de los siglos XVIII y XIX, el a ance de nue as inno aciones
ecnológicas y del desa ollo indus ial e oluciona on la o ma en que se empleaban las
uen es ene gé icas. Si bien el apo y el ca bón domina on es a época, la ene gía eólica
con inúo desempeñando un ol signi ica i o en aplicaciones especí icas y en cie as egiones.
Ilus ación 4: Molinos de ien o his ó icos en Holanda. Fuen e: [4]
Du an e es e pe iodo, los molinos de ien o adicionales comenza on a e oluciona hacia
con igu aciones más e icien es, pa a ajus a se a las nue as exigencias indus iales, como po
ejemplo en luga es como Países Bajos y Es ados Unidos. En los Países Bajos con inua on
u ilizándose pa a el d enaje de ie as, mien as que en Es ados Unidos su gie on
ae omo o es con aspas múl iples pa a el bombeo de agua en á eas u ales y ganade as.
Cons uidos en su mayo ía de hie o, es os ae omo o es o ecían mayo du abilidad y
eque ían menos cuidados que sus an eceso es de made a.
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El a ance de es as ecnologías esul o c ucial en Es ados Unidos, donde la colonización del
oes e y la ocupación de ie as á idas dependían en g an medida del suminis o del agua.
G acias a los molinos de ien o se acili ó la ex acción de agua en pozos p o undos pa a los
ag icul o es y ganade os, lo que ga an izo la supe i encia en á eas emo as. Asimismo, se
con i ie on en un icono de independencia y el a ance en las zonas u ales.
Ilus ación 5: Ae omo o clásico: Inno ación es adounidense en la ges ión del agua u al. Fuen e: [5]
Si bien la ene gía eólica pe maneció en uso en cie as aplicaciones especí icas, su ele ancia
decayó en e al c ecimien o exponencial de los combus ibles ósiles, que ga an izaban mayo
capacidad y es abilidad pa a cub i las demandas de las ciudades indus iales en expansión.
No obs an e, es e pe iodo dejo una he encia impo an e: los cimien os pa a el desa ollo de
las ecnologías eólicas mode nas. Las inno aciones en los ae omo o es y la op imización en
los diseños ma ca on un e e en e cla e pa a el esu gimien o en el siglo XX.
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Además de las p opiedades dinámicas del ai e, la e iciencia depende del diseño del sis ema
de con e sión. Elemen os como la disposición de las aspas, el á ea ba ida, y la o ien ación
espec o al lujo del ien o son de e minan es pa a maximiza la cap ación de ene gía y
minimiza las pe didas asociadas.
En conclusión, los p incipios ísicos que igen la ene gía eólica des acan la elación en e el
lujo del ai e y los sis emas enca gados de cap a lo, es ableciendo las bases pa a el desa ollo
de ecnologías más e icien es y sos enibles en el campo de la gene ación ene gé ica.
Po encia del ien o
La po encia del ien o cons i uye un concep o cla e pa a el ap o echamien o de la gene ación
de ene gía eólica, ya que de ine la can idad de ene gía que puede se ans o mada en
elec icidad o u ilizada en ealiza un abajo mecánico. Es a po encia se elaciona con su
ene gía ciné ica y se analiza en unción del lujo con inuo de ai e que pasa a a és de un á ea
especí ica, como el plano de ba ido de las aspas de un ae ogene ado .
La ó mula gene al pa a calcula la po encia del ien o es:
𝑃𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =1
2∙ 𝜌 ∙ 𝐴 ∙ 𝑣3
Ec. 1
Donde:
- 𝑃𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜: Po encia del ien o [W]
-
𝜌
: Densidad del ai e [kg/m3]
-
𝐴
: Á ea ba ida po las aspas [m2]
-
𝑣
: Velocidad del ien o [m/s]

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Fac o es que in luyen en la po encia del ien o
- Densidad del ai e (
𝜌
):
La densidad del ai e depende de ac o es como la empe a u a del ai e y la p esión
a mos é ica. A ni el del ma , el alo p omedio es de 1,255 [kg/m3], disminuyendo
con o me aumen a la al i ud. Po lo an o, es o implica que los ae ogene ado es
ubicados en zonas ele adas o egiones ías dispond án de meno po encia en
compa ación con á eas bajas o en o nos con mayo densidad de ai e.
- Á ea de ba ida (𝐴):
El á ea de ba ida, en el caso de los ae ogene ado es de eje e ical ipo Sa onius, es
un ec ángulo que desc iben las aspas al gi a . Se calcula como:
𝐴 = ℎ ∙ 𝑟
Ec. 2
Donde ℎ es la al u a del aspa del ae ogene ado , y 𝑟 co esponde al adio del
ae ogene ado , en es e caso, al la go del aspa. Cuan o mayo sea el á ea ba ida, más
ien o puede in e cep a el ae ogene ado , lo que inc emen a la po encia disponible.
Po es a azón, los ae ogene ado es de mayo amaño son capaces de gene a más
ene gía.
- Velocidad del ien o (
𝑣
):
La elocidad del ien o in luye de mane a cubica en la po encia gene ada, lo que
signi ica que pequeños aumen os en la elocidad esul an en un inc emen o
signi ica i o de la po encia disponible. Po ejemplo, cuando la elocidad del ien o se
duplica, la po encia gene ada se e ía inc emen ada en un ac o de ocho. Es e
compo amien o sub aya la impo ancia de la selección cuidadosa en el luga de
ins alación de un ae ogene ado , ya que las ubicaciones con ien os ue es y
cons an es o ecen un endimien o supe io .
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Implicaciones p ác icas de la po encia del ien o
La po encia del ien o ma ca un lími e eó ico pa a la ene gía que se puede ex ae en un
luga especí ico. No obs an e, en la p ác ica, la can idad de ene gía ealmen e ex aída
depende de ac o es p ác icos, como la e iciencia del ae ogene ado , las pe didas mecánicas
y las condiciones ambien ales. Asimismo, las a iaciones en la elocidad del ien o p o ocan
luc uaciones en la gene ación de po encia p oducida.
Po es a azón, la ubicación y el diseño de los ae ogene ado es se en oca en maximiza el uso
de la po encia disponible, ga an izando un uncionamien o e icien e en las elocidades de
ien o más ecuen es de cada egión. Es e en oque pe mi e a o ece la e iciencia en la
gene ación de ene gía eno able y la en abilidad económica de los pa ques eólicos.
Po encia ú il del ae ogene ado
Cuando el ien o impac a las aspas de un ae ogene ado , ans ie e pa e de su ene gía
ciné ica, gene ando un mo imien o de o ación en el o o . Es e enómeno es el esul ado de
la ue za ae odinámica eje cida sob e las aspas, la cual p oduce un o que en el eje del
ae ogene ado , pe mi iendo la con e sión de ene gía eólica en ene gía mecánica.
La po encia mecánica gene ada en es e p oceso se exp esa median e la siguien e ecuación:
𝑃ú𝑡𝑖𝑙 = 𝑇 ∙ 𝜔
Ec. 3
donde:
- 𝑃ú𝑡𝑖𝑙 es la po encia ú il (W), que ep esen a la can idad de ene gía ans e ida po
unidad de iempo.
- T es el o que o momen o de ue za (N·m), gene ado po la in e acción del ien o con
las aspas.
- 𝜔 es la elocidad angula ( ad/s), que indica la elocidad de gi o del o o .
Es a ecuación pe mi e de e mina la can idad de ene gía mecánica ex aída del ien o. El
o que (𝑇) se gene a cuando el ien o impac a las aspas, eje ciendo una ue za angencial que
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p o oca su o ación. La elocidad angula (𝜔) depende de la can idad de ene gía cap u ada y
de las pé didas mecánicas del sis ema. En conjun o, es os ac o es de e minan la po encia
disponible pa a su con e sión en ene gía eléc ica median e un gene ado .
La Ley de Be z
La Ley de Be z, p opues a en 1919 po el ísico alemán Albe Be z, de ine un lími e eó ico de
la ene gía ciné ica del ien o que puede se ex aída po un ae ogene ado y con e ida en
ene gía ú il. Es e lími e, conocido como lími e de Be z, demues a que ningún sis ema de
cap ación puede ap o echa más del 59,3% de la ene gía del ien o que c uza su á ea de
ba ido.
El p incipio undamen al de dicha ley adica en la necesidad de man ene un lujo con inuo
del ien o. Si un ae ogene ado in en a a cap u a oda la ene gía del ien o, el lujo de ás
de las aspas se de end ía po comple o, p o ocando un bloqueo de lujo que impedi ía el
mo imien o con inuo de las aspas. Pa a que el sis ema ope e de mane a e icien e, es
necesa io pe mi i que pa e del ien o a a iese el o o , asegu ando la con inuidad del lujo.
Ilus ación 10: E ec o del Flujo de Vien o en un Ae ogene ado con Concen ado . Fuen e: [10]
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La Ley de Be z busca equilib a la necesidad de cap ación de ene gía con la necesidad de
p ese ación del lujo de ai e. Iden i ica un pun o óp imo donde la can idad de ene gía
ex aída alcanza su alo máximo, sin que las pe didas po la disminución de la elocidad del
ien o supe en los bene icios de la cap ación.
El lími e de Be z puede exp esa se ma emá icamen e como:
𝐶𝑝=𝑃ú𝑡𝑖𝑙
𝑃𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜
≤ 0,593 =16
27
Ec. 4
Donde:
- 𝐶𝑝: Coe icien e de po encia, que ep esen a la acción de ene gía cap u ada.
- 𝑃ú𝑡𝑖𝑙: Po encia ú il gene ada po el ae ogene ado .
- 𝑃𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜: Po encia o al con enida en el ien o.
Po encia máxima ap o echable
La po encia máxima que un ae ogene ado puede ex ae del ien o se calcula conside ando
el coe icien e de po encia de Be z (Cp) den o de la ó mula de po encia del ien o:
𝑃ú𝑡𝑖𝑙 =16
27 ∙ 𝑃𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜
Ec. 5
Donde:
- 16
27: co esponde al lími e eó ico de 59,3%.
- 𝑃𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜: Po encia del ien o [W]
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Implicaciones p ac icas
Aunque el lími e de Be z es un concep o eó ico, si e como ma co pa a el diseño de la
e aluación de la e iciencia de los ae ogene ado es. En condiciones eales, la e iciencia eal
es a á limi ada po ac o es como:
- Pe didas mecánicas:
Rozamien o en los elemen os del sis ema, como los odamien os y el gene ado .
- Pe didas ae odinámicas:
Capacidad limi ada de las aspas pa a ap o echa el lujo del ien o.
- Condiciones ambien ales:
Co ien es u bulen as, cambios en la densidad del ai e y elocidades del ien o
ines ables.
Los ae ogene ado es mode nos log an alcanza un 𝐶𝑝 p ac ico en un ango de 35% a 45%,
ap oximándose al lími e eó ico de Be z, que ija una e iciencia máxima de 59,3%, pe o sin
supe a lo. No obs an e, los ae ogene ado es de eje e ical p esen an un 𝐶𝑝 in e io debido
a sus ca ac e ís icas es uc u ales y ope a i as, con alo es ípicos en e el 10% y el 40%. Los
ae ogene ado es ipo Sa onius, op imizados pa a una esis encia ae odinámica mayo ,
p esen an e iciencias aun meno es, con un 𝐶𝑝 que a ia del 10% al 20%, dependiendo de
ac o es como la geomé ica de las aspas, la con igu ación del sis ema y el lujo del ien o.
Rele ancia en el diseño de ae ogene ado es
La Ley de Be z, es c ucial que las aspas y el o o es én diseñados pa a op imiza la cap ación
de ene gía sin ena en exceso el lujo del ai e. Asimismo, des aca la necesidad de elegi
ubicaciones con elocidades de ien o es ables y adecuadas, con el in de alcanza la mayo
e iciencia posible.
De igual mane a, comp ende es e lími e eó ico pe mi e a los ingenie os concen a se en
mejo as de o os ac o es del sis ema, con el in de ace ca se al máximo eó ico en escena ios
eales.

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2.3. Tipos de ae ogene ado es: ho izon ales s. Ve icales
Los ae ogene ado es son equipos diseñados pa a ap o echa la ene gía ciné ica del ien o y
con e i la en ene gía mecánica o eléc ica. Dependiendo de la o ien ación de su eje de
o ación se pueden clasi ica en dos ca ego ías p incipales: ae ogene ado es de eje e ical y
ae ogene ado es de eje ho izon al. Cada uno con ca ac e ís icas pa icula es únicas que los
hacen más idóneos pa a di e en es en o nos y usos.
His ó icamen e, los ae ogene ado es de eje ho izon al han lide ado la p oducción de ene gía
eólica a g an escala, ca ac e izándose po su ele ada e iciencia y ap i ud pa a cap a ien os
ue es y cons an es, especialmen e en ins alaciones e es es y ma inas. Po su pa e, los
ae ogene ado es de eje e ical han ganado p o agonismo en p oyec os de meno escala.
G acias a su diseño compac o y su uncionamien o con ien os mul idi eccionales,
esul andos ideales pa a á eas u banas y espacios con es icciones de amaño.
Los ae ogene ado es de eje ho izon al, conocidos como HAWT, son los más u ilizados en la
p oducción de ene gía eólica a g an escala, g acias a su ele ada e iciencia y capacidad pa a
ap o echa la cap ación de ien os cons an es. Su eje de o ación es á dispues o de o ma
pa alela al suelo y pe pendicula al lujo, lo que pe mi e op imiza la cap ación de ene gía en
condiciones óp imas.
Una de las ca ac e ís icas más des acadas de es os ae ogene ado es es su o ien ación
au omá ica hacia el ien o p edominan e, u ilizando un sis ema que ajus a la o ien ación del
o o . Se diseñan pa a ope a en o es al as, no malmen e supe io es a 50 me os, donde los
ien os son más ue es y cons an es. Las aspas ae odinámicas, que en los modelos más
a anzados pueden supe a los 100 me os de longi ud, es án diseñadas pa a op imiza la
cap ación de mayo es can idades de ene gía al cub i amplias á eas ba idas.
El diseño de los ae ogene ado es de eje ho izon al se compone de a ios elemen os cla e. El
o o , compues o en su mayo ía de los casos po es aspas, es á diseñado pa a alcanza un
balance en e endimien o y es abilidad. Dicho o o ansmi e la ene gía mecánica, median e
un eje a un gene ado eléc ico, donde la ene gía mecánica del ien o se ans o ma en
ene gía eléc ica. Algunos modelos incluyen un mul iplicado de elocidad (gea box) pa a
ajus a las e oluciones del o o a las especi icaciones del gene ado . Asimismo, inco po an
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enos que p o egen la es uc u a en e a ien os ex emos y un sis ema de o ien ación (yaw
sys em) que man iene las aspas alineadas con el lujo del ien o.
Una de las p incipales en ajas de los ae ogene ado es de eje ho izon al es á en su
sob esalien e e iciencia ene gé ica. Su diseño a anzado y ubicación en o es al as pueden
ap o echa los ien os más ue es y de g an in ensidad, maximizando la gene ación de
ene gía. Además, su ecnología, ampliamen e u ilizada y desa ollada, asegu a con iabilidad
en p oyec os de g an en e gadu a, sa is aciendo los eque imien os de á eas u banas e
indus iales.
No obs an es, es e ipo de ae ogene ado es p esen a algunas limi aciones. Su diseño
equie e sis emas complejos pa a o ien a las aspas hacia el ien o, lo que aumen e los cos os
de ins alación y man enimien o. También gene an uido y pueden a ec a a la auna local, en
pa icula pa a a es y mu ciélagos. Su g an amaño ambién iene un impac o isual
conside able, pudiendo gene a posibles con lic os con algunas comunidades. Po o o lado,
los ele ados cos os iniciales de anspo e, asociados a la in aes uc u a, y al anspo e de
los componen es, que es ingen su implemen ación en cie os en o nos, y su
implemen ación en cie os con ex os, y su endimien o no es adecuado en á eas con mayo
u bulencia o ines abilidad del ien o.
Los ae ogene ado es de eje e ical, conocidos como VAWT, son disposi i os des inados a
cap a la ene gía eólica median e un eje de o ación dispues o pe pendicula al e eno. A
di e encia de los ae ogene ado es de eje ho izon al, es e diseño elimina la necesidad de
mecanismos de o ien ación hacia el lujo de ien o p edominan e. Es o los hace
especialmen e ú iles en á eas con u bulencias o ien os ines ables, como en á eas u banas
o espacios educidos.
Una de las p incipales ca ac e ís icas de los ae ogene ado es de eje e ical es su simplicidad
es uc u al y su capacidad pa a unciona independien emen e de la di ección del ien o. Es o
elimina la necesidad de sis emas de o ien ación complejos, simpli icando su diseño como su
man enimien o. Asimismo, su ins alación a meno al u a o ece un acceso más ácil a sus
componen es p incipales, educiendo los cos os ope a i os y acili ando las a eas de
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epa ación e inspección. Es as ca ac e ís icas los hacen ideales pa a p oyec os de pequeña
escala o pa a en o nos con ien os i egula es.
En los ae ogene ado es de eje e ical, el diseño se basa en un eje cen al al ededo del cual
se colocan aspas. Según el modelo, es as aspas es án con igu adas pa a cap a las ue zas de
a as e y/o sus en aciones p oducidas po el ien o. Habi ualmen e, el gene ado eléc ico y
o os componen es es án ubicados en la base, educiendo el peso en la pa e supe io y
mejo ando su es abilidad en la es uc u a. Su uncionamien o con ie e la ene gía ciné ica
del ien o en ene gía mecánica a a és del gi o del o o , que pos e io men e se ans o ma
en elec icidad en el gene ado .
En e los ae ogene ado es de eje e ical más comunes des acan los ipos Sa onius, Da ieus
y los he idos. Los Sa onius ap o echan la ue za de a as e pa a gene a ene gía y se
dis inguen po su diseño simple, compues o po dos o más aspas semici cula es en en adas.
En cambio, los ae ogene ado es Da ieus u ilizan la ue za de sus en ación gene ada po sus
aspas cu as, lo que p opo ciona una mayo e iciencia que los modelos Sa onius, aun que
equie en ien os con mayo elocidad pa a ope a e icien emen e. Finalmen e, los modelos
híb idos, combinan ca ac e ís icas de ambos diseños, op imizando una cap ación más
e icien e de ene gía en condiciones de ien o a iables, o eciendo un desempeño más
equilib ado.
En e las en ajas que p opo cionan los ae ogene ado es de eje e ical, que los hacen
a ac i os en cie os escena ios, des acan su capacidad pa a ap o echa ien os desde odas
di ecciones, eliminando así la necesidad de sis emas de o ien ación complejos. Asimismo, su
ins alación a meno al u a o ece una educción signi ica i a en el man enimien o y los cos os
asociados. También des acan su diseño compac o y su meno impac o isual los hace
adecuados pa a á eas u banas, donde la es é ica y el con ol del uido son ele an es.
Aun con sus bene icios, los ae ogene ado es de eje e ical ambién p esen an cie as
des en ajas en su aplicación en cie os escena ios. En gene al, los modelos de eje ho izon al
son menos e icien es, especialmen e en ins alaciones de g an amaño. Asimismo, las ue zas
dinámicas p o ocadas po el mo imien o de las aspas pueden a ec a p oblemas en la
es abilidad de la es uc u a. Si bien son e ec i os con ien os de elocidad baja y mode ada,
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su capacidad de gene ación no es ideal en á eas que equie an de al a demande de
gene ación de ene gía o pa a condiciones de ien o muy ue es.
Tabla 1: C i e ios Ae ogene ado eje e ical s. Ae ogene ado eje ho izon al.
C i e io
Ae ogene ado es de eje
ho izon al
Ae ogene ado es de eje
e ical
E iciencia
Al a e iciencia,
especialmen e en
condiciones de ien o
cons an e y elocidades
al as.
Meno e iciencia en gene al,
adecuada pa a elocidades
de ien o bajas o
mode adas.
Aplicaciones comunes
Pa ques eólicos e es es y
ma inos, ins alaciones de
g an escala pa a gene ación
masi a de ene gía.
En o nos u banos, zonas
con u bulencias, pequeñas
ins alaciones de
au oconsumo o ubicaciones
deco a i as.
Man enimien o
Más complejo y cos oso
debido a su al u a y
sis emas auxilia es, como el
mecanismo de o ien ación.
Man enimien o más sencillo
y económico, ya que los
componen es suelen es a
ce ca del suelo.
Cos e de ab icación
Ele ado debido al amaño
de las aspas, las o es al as
y los sis emas de
o ien ación.
Meno cos e, ya que las
es uc u as son más
compac as y equie en
menos ma e iales.
Adap abilidad a
ubicaciones
Limi ada en e enos con
u bulencias o elocidades
de ien o a iables.
Al a adap abilidad, ideal
pa a con ien os
mul idi eccionales o
elocidades a iables.
Sensibilidad a la di ección
del ien o
Al a; equie e sis emas de
o ien ación pa a posiciona
Baja; cap a el ien o desde
cualquie di ección sin
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OpenFOAM se posiciona como una de las he amien as más popula es en la dinámica de
luidos compu acionales (CFD). Es e so wa e de código abie o pe mi e ealiza simulaciones
sob e el lujo de ai e, u bulencias y la ans e encia de calo . Su lexibilidad y adap abilidad
lo hacen ideal pa a es udios especí icos, como el es udio de la in e acción en e el ien o y
las aspas. Aunque su in e az puede se más écnico que o os p og amas, ya que cuen a con
una ex ensa comunidad de usua ios que acili an un sopo e y unos ecu sos pa a p oyec os
a anzados.
Ilus ación 11: So wa e OpenFOAM. Fuen e: [11]
SolidWo ks es ampliamen e u ilizado en el diseño pa a la c eación de componen es
mecánicos, incluidas las aspas del ae ogene ado . Aunque se cen a en el diseño CAD, in eg a
una ex ensión de simulación que pe mi e ealiza análisis básicos de lujo ae odinámico y
es udios de esis encia es uc u al. G acias a su in e az in ui i a y sus capacidades de
in eg ación lo hacen especialmen e ú iles en las p ime as ases del diseño y pa a p oyec os
que equie en combinan e aluaciones en análisis mecánicos y ae odinámicos.
Ilus ación 12: So wa e SolidWo ks. Fuen e: [12]

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ANSYS es una pla a o ma de simulación CFD a anzada que combina con es udios
es uc u ales y é minos. Su modulo ANSYS Fluen se des aca po su capacidad pa a modela
lujos complejos y analiza u bulencias, consolidándose como una he amien a ideal pa a
p oyec os de g an escala. Además, ANSYS pe mi e ealiza es udios mul i ísicos, abo dando
simul áneamen e el compo amien o ae odinámico, es uc u al y é mico, lo que esul a
cla e pa a la op imización global del ae ogene ado .
Ilus ación 13: So wa e ANSYS. Fuen e: [13]
Cada una de es as he amien as iene usos especí icos en el diseño ae odinámico. OpenFOAM
es una opción ideal pa a ealiza simulaciones pe sonalizadas y económicas, siendo muy
u ilizado en en o nos académicos y p oyec os de in es igación expe imen al. SolidWo ks se
emplea p incipalmen e pa a concep ualiza y e alua diseños p elimina es, mien as que
ANSYS sob esale en el ámbi o donde se demanda simulaciones más complejas y de al a
p ecisión.
2.7. Túnel de ien o
El únel de ien o es un ecu so cla e en la ingenie ía ae odinámica, pe mi iendo examina la
in e acción del lujo de ai e con di e sas supe icies y es uc u as. Su u ilización esul a c ucial
en la e olución y ajus e de ae ogene ado es y cualquie elemen o que se mue a en con a
del ien o. Median e es os ensayos, se pueden examina el e ec o del ien o sob e las aspas
y el o o , mejo ando su diseño y uncionalidad.
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Ilus ación 14: P ueba ae odinámica en únel de ien o. Fuen e: [14]
Los úneles de ien o se ca ego izan según la elocidad del lujo de ai e que gene an. Los
úneles subsónicos ope an con elocidades po debajo de la del sonido, que es Mach < 1, y
son los más u ilizados en es udios ae odinámicos en sec o es como el au omo iz y la ene gía
eólica. Su es uc u a gene almen e in eg a un en ilado de g an po encia que mue e el ai e
a a és de un conduc o con zonas de con acción y expansión, donde se ubica el á ea de
ensayo. En es e ipo de úneles, senso es especializados pe mi en egis a a iables como
p esión, elocidad del ai e y ue zas ae odinámicas que ac úan sob e el modelo de es udio.
Los úneles ansónicos ope an en un ango de elocidad p óximo a la del sonido, en e Mach
0,8 y 1,2, y se emplean p incipalmen e en in es igaciones ae onáu icas pa a es udia la
gene ación de ondas de choque y e ec os de comp esibilidad que a ec an la e iciencia
ae odinámica de una es uc u a. Pa a man ene un lujo con olado, es os úneles equie en
una p esu ización p ecisa y un sis ema de análisis que pe mi a analiza la es abilidad de los
pe iles ae odinámicos en condiciones exigen es de uelo.
Po o o lado, los úneles supe sónicos e hipe sónicos alcanzan elocidades muy supe io es a
la del sonido, supe io a Mach 1, y se aplican en es udios ae oespaciales sob e ae ona es y
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cohe es. Debido a la in ensidad del lujo, es os úneles equie en so is icados sis emas de
inyección de ai e comp imido y un diseño es uc u al capaz de sopo a las al as p esiones y
empe a u as gene adas du an e los ensayos.
O a o ma de clasi ica los úneles de ien o es en unción de la ci culación del lujo de ai e.
En los úneles de ci cui o abie o, el ai e ing esa lib emen e hacia aden o y a ue a sin se
eci culado, lo que equie e un en o no con condiciones con oladas pa a asegu a la
p ecisión de los expe imen os. Es e ipo de con igu ación simpli ica la cons ucción y aba a a
los cos os, aun que equie e un en o no con condiciones con oladas pa a asegu a la
p ecisión de las mediciones. Son comúnmen e empleados en p uebas educa i as y es udios
ae odinámicos p elimina es. En cambio, los úneles de ci cui o ce ado man ienen el ai e en
cons an e eci culación den o de una es uc u a he mé ica, asegu ando condiciones de
p ueba mas es ables y uni o mes. A pesa de su mayo complejidad y cos o, o ecen una
mayo iabilidad y e iciencia en p uebas de la ga du ación.
El uncionamien o del únel de ien o se basa en la gene ación de un lujo de ai e egulado
median e en ilado es o comp eso es, di igiéndolo a a és de una zona de p uebas en la que
se coloca el obje o de es udio. A lo la go del conduc o, senso es y sis emas de medición
egis an pa áme os esenciales como la elocidad del ai e, la dis ibución de p esión y las
ue zas ae odinámicas eje cidas sob e el modelo. Su es uc u a suele con a con una sección
pa a acele a el lujo, una cáma a de p uebas pa a aloja los modelos analizados y una sección
de di usión que egula el ai e an es de su libe ación.
El uso de úneles de ien o en es udios de ae ogene ado es pe mi e analiza el
compo amien o ae odinámico en las aspas, medi su e iciencia y op imiza su diseño.
Además, ayuda a iden i ica pe didas de ene gía p o ocadas po el a as e o la gene ación
de u bulencias, y posibili a la alidación de modelos compu acionales an es de ealiza
p uebas en condiciones eales. A a és de es os expe imen os, se op imiza el uncionamien o
del ae ogene ado , y ga an iza así que su diseño maximice la cap ación de ene gía eólica de
mane a e icien e.
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Ilus ación 15: Túnel de ien o. Fuen e: [15]
En el p esen e p oyec o se ha u ilizado un únel de ien o de cons ucción case a, diseñado
hace algunos años a pa i de ma e iales eciclados. La es uc u a es á compues a po dos
cubos de pin u a ensamblados en o ma de ubo y únicos po la pa e supe io de es os,
p opo cionando un conduc o adecuado pa a canaliza el lujo de ai e. En uno de los ex emos,
se ha ins alado un en ilado de co ien e con inua de 12 V y 25 cm de diáme o, esponsable
de gene a el lujo de ai e eque ido pa a las p uebas. Pa a op imiza la es abilidad de la
es uc u a del únel, se ha mon ado sob e una base de made a, minimizando así las
ib aciones y desplazamien os du an e su uncionamien o.
Si bien es e diseño p esen a cie as limi aciones, en cuan o a la elocidad máxima alcanzada
y la egula idad del lujo, ha demos ado se ú il en la e aluación del desempeño
ae odinámico de di e en es diseños de aspas de ae ogene ado a pequeña escala. Los
ensayos ealizados han pe mi ido ob ene da os expe imen ales aliosos que complemen an
los análisis compu acionales p e ios y pe mi en con as a el desempeño de los modelos
e aluados.
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3. Diseño y Fab icación
3.1. Diseño p elimina del ae ogene ado
El diseño concep ual del ae ogene ado ue desa ollo u ilizando en SolidWo ks, con el
p opósi o de explo a es a ian es di e en es de aspas. Es e en oque hizo posible e alua
como la cu a u a y el adio a ec a el compo amien o ae odinámico y es uc u al del
sis ema. La inalidad de es a e apa no ue selecciona un modelo de ini i o, sino ob ene
da os cla e median e simulaciones pa a comp ende las elaciones geomé icas y su impac o
en el endimien o.
Una pa icula idad de es e diseño es su sis ema de unión de aspas. En luga de un eje cen al
ípico, se op ó po la adap ación de las aspas pa a uni se en e ellas, de mane a hexagonal.
Es e diseño combina la simplicidad es uc u al y lexibilidad, pe mi iendo el in e cambio de
modelos pa a es udios y simulaciones. La eliminación de eje cen al educe la di icul ad de
ab icación y ensamblaje, y la o ma hexagonal que o man las aspas p opo ciona es abilidad
y ga an iza un ajus e adecuado.
Cada uno de los es modelos se diseñó con di e encias en la cu a u a y adio, lo que a ec a
en una a iación en la supe icie de ba ida y su in e acción con el lujo del ien o. Es as
modi icaciones geomé icas son cal e pa a analiza como cada con igu ación se e a ec ado
po pa áme os como la e iciencia en la cap ación del ien o, la gene ación de o que y la
es abilidad dinámica del o o .
Las p ime as simulaciones ealizadas en SolidWo ks hicie on posible examina el lujo de ai e
en o no a las aspas, Iden i icando pa ones de lujo, zonas de al a p esión y á eas con posibles
pé didas de e iciencia. Es os análisis ue on sen a on las bases pa a u u as ases de mejo a y
alidación expe imen al.
En esumen, el diseño inicial del ae ogene ado esal a po su en oque expe imen al y su
inno ado a es uc u a de unión hexagonal, la cual combina simplicidad es uc u al y
lexibilidad, pe mi iendo el es udio de cómo a ec an las con igu aciones geomé icas y su
impac o en el endimien o.

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3.2. Diseño de las aspas: cu a u a, ángulo y disposición
El diseño de las aspas del ae ogene ado inco po a elemen os comunes pa a ga an iza an o
la es abilidad es uc u al y la uncionalidad del sis ema, mien as que las a iaciones en la
cu a u a de modelos pe mi en in es iga su in luencia ae odinámica. Es e plan eamien o
expe imen al iene como obje i o inc emen a la e iciencia y lexibilidad del ae ogene ado ,
man eniendo una base uni o me en odos los modelos.
La base de las aspas es un componen e cen al en la es uc u a del ae ogene ado ,
uncionando como el pun o de enlace en e las aspas y el mo o . Con medidas de 173 mm de
diáme o y un g oso de 3,5 mm, ambién dispone de una ex usión de cilínd ica de 70 mm,
con un adio ex e io de 14,8 mm y un g oso de 2,5 mm. Es e cilind o se u iliza pa a acili a
la conexión con el mo o , mejo ando el mon aje en el únel de ien o y pe mi iendo p uebas
más p ecisas.
Adicionalmen e, la base incluye es aguje os dispues os de o ma simé ica, a 120 g ados,
pa a la ijación de las aspas. Es os pun os de unión asegu an una conexión obus a,
dis ibuyendo las ca gas equi a i amen e y ga an izando una es abilidad del o o du an e
una unión du an e su uncionamien o. Es e diseño se complemen a con el diseño de
acoplamien o hexagonal, una inno ación pa a la eliminación del eje cen al.
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Ilus ación 16: Aguje o pa a el alojamien o de la ue ca pa a la unión de las aspas a la base. Fuen e: [16]
Dichas pe o aciones se unen a las aspas, pasan es en la base y de una p o undidad de 24,5
mm, con un diáme o de 1,3 mm. Asimismo, en la pa e de las aspas se halla un o i icio
diseñado pa a aloja una ue ca, de 4 mm de al u a y 6,5 mm de ancho, ac uando como ope
pa a usa como unión con la base.
La dis ibución de las aspas coincide con los aguje os de la base, a 120 g ados asegu ando un
lujo de ien o uni o me al ededo del o o , minimizando así las ib aciones no deseadas y
mejo a la es abilidad dinámica del sis ema, incluso en condiciones de ien o a iable. Es a
con igu ación geomé ica se adop ó as analiza pa ones de lujo que maximizan la
e iciencia ae odinámica y la asegu ando la esis encia es uc u al.
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Ilus ación 17: Pe o ación pa a el alojamien o del aco que si e de unión en e las aspas, la pa e supe io e in e io .
Fuen e: [17]
Se han di idido las aspas del ae ogene ado en 2 pa es, pa a a o ece la imp esión y e i a
impe ecciones a la ho a de la imp esión 3D. Se han dispues o 3 o i icios en cada una de las
aspas de mane a que se uni an unas con o as median e acos. Como se mues a en la
ilus ación 8, ambas pa es de disponen de una p o undidad de 20 mm cada una, y un
diame o de 1,8 mm. Es os se encuen an a 20, 50 y 80 g ados, jus o a 52,5 mm de dis ancia
del cen o del aspa.
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Ilus ación 18: Vis a supe io de cómo se unen las aspas unas con o as. Fuen e: [18]
La union hexagonal de las aspas se unen a si mismas median e o nille ia. Es as pe o aciones,
se dis ibuyen a lo la go de la e ical, uniendo unas con o as como se mues a en la imagen.
Es as disponen del o i icio de 3 mm de diame o, jun o con un ope de 5 mm de diame o,
donde se aloja ia la cabeza del o nillo y la ue ca.
Modelo 1
El p ime modelo del ae ogene ado p esen a el mismo diseño que los demás, pe o odos
ellos p esen an di e encias. Las dimensiones del modelo 1 iene un adio de 95,05 mm y una
al u a de 200 mm. El diseño del aspa iene un g oso de 5 mm y un adio de 50 mm.
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necesa ios pa a su ope ación. Es e p oceso exigió una a ención de allada pa a asegu a la
co ec a alineación, es abilidad y endimien o de odos los elemen os.
El p oceso de ensamblaje se inició p epa ando las piezas imp esas en 3D, incluyendo una base
ci cula con una ex usión y las aspas de los 3 modelos. La base, diseñada con un diáme o de
173 mm, con un g oso de 3,5 mm, y una ex usión de 70 mm, se ija al mo o u ilizando un
sis ema de conexión ajus ado que ga an iza que no se desplace del mo o . Los es o i icios
p esen es en la base acili an la ijación y alineación de las aspas, apo ando una buena
es abilidad. Es e sis ema pe mi e un mon aje y desmon aje ápido y p eciso, eliminando el
eje cen al y simpli icando no ablemen e el p ocedimien o.
Lo p ime o en la unión del ae ogene ado es el ensamblaje de las aspas, p ime o se unen la
pa e in e io de es as, unas con o as, u ilizando 3 o nillos de M3x8 mm, ijándose median e
una ue ca hexagonal de M3. Se añade solidez median e un pegamen o e icaz, pa a apa las
pequeñas il aciones. Seguidamen e se unen las aspas supe io es del mismo modo y con las
mismas he amien as y mé odos. La unión en e las dos pa es se hace median e acos de 1,8
mm de diáme o.
Ac o seguido, las aspas se mon an en un o o con una disposición de 120 g ados en e sí,
diseñadas pa a man ene un lujo de ien o uni o me y minimiza las ib aciones en
uncionamien o. Cada aspa se conec a i memen e a la base median e 3 o nillos de M3x30
mm y un pegamen o e icaz, ijando odo es o median e ue cas, pa a asegu a una unión
obus a y capaz de sopo a las ue zas ae odinámicas gene adas en el únel de ien o.
Una ez ensambladas la base y las aspas, se p ocede a la unión al mo o , dicha unión se hace
a a és de una pequeña moldu a pa a la co ec a ijación de las aspas. Se u iliza una ex usión
de co e de 2,5 mm de diáme o y 7 mm de la go, a 4 mm del inal de la ex usión de la base.
En dicha unión se u iliza un o nillo de M3x4 mm, ijado median e la p esión apo ada po el
ma e ial del ae ogene ado y la mues a del eje del mo o .
Una ez comple ado el ensamblaje, se lle a a cabo una inspección uncional del
ae ogene ado . Es e p oceso consis e en inspecciona la es abilidad es uc u al, la
e i icación del gi o lib e del o o y la e i icación de la in eg idad del sis ema de unión en e

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las aspas y la base. Se ealiza án ajus es meno es pa a op imiza la ijación de los elemen os
y asegu a que el sis ema es u ie a lis o pa a las p uebas expe imen ales.
Una ez p epa ado y e isado la inspección, se p ocede a la p epa ación de las p uebas en el
únel de ien o, donde se e alua án los es modelos de aspas bajo condiciones con oladas.
Es e p oceso asegu a la uncionalidad y la es abilidad es uc u al del sis ema, p opo cionando
una base sólida pa a los es udios de endimien o y compo amien o ae odinámico.
En conclusión, el ensamblaje del ae ogene ado ue un p oceso c ucial en odas las e apas
p e ias de diseño y p oducción. La co ec a in eg ación de las piezas y los sis emas mecánicos
ga an izan que el disposi i o es é p epa ado pa a se e aluado expe imen almen e,
apo ando in o mación aliosa pa a el desa ollo y pe eccionamien o de u u os p o o ipos.
3.5. Mon aje y ensamble al únel de ien o
El únel de ien o empleado en es e abajo, cedido po la uni e sidad, cons i uye una
he amien a cal e pa a e alua el desempeño del ae ogene ado diseñado. Aunque su
cons ucción o iginal se emon a a un p oyec o de más de 2 décadas, se ha adap ado pa a
sa is ace las necesidades del p oyec o. En e las modi icaciones implemen adas se encuen a
la ex ensión del únel, desplazando a la pa e ase a el en ilado , modelo NEMA 23, de la
ma ca Teknic, Inc., pa a dispone de un análisis más de allado y eal del ien o. Como pa e
de es as mejo as, se inco po ó un ala go al cable de alimen ación del en ilado , pe mi iendo
conec a lo a una uen e de alimen ación ex e na y asegu ando una ope ación es able y
e sá il. Asimismo, se ha e o zado su base, ga an izando una mejo es abilidad y sujeción
que elimina las in e e encias de i adas de mo imien o y ib aciones no deseadas.
El únel de ien o es e ab icado con ma e iales eciclables, usando 2 cubos de pin u a. Se ha
eco ado ambas pa es in e io es y se han unido las supe io es ala gándolo. Una de las pa es
in e io es se ha eco ado pa a la inco po ación, con p ecisión, del en ilado .
El sis ema inco po a un en ilado en DC de 12V capaz de p opo ciona elocidades
con oladas y es ables, pe mi iendo ep oduci las condiciones óp imas de ope ación del
ae ogene ado . Además, dispone de una ape u a ci cula en la pa e in e io del únel, que
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pe mi e el paso del cilind o de la base pa a acopla lo al mo o , e i ando así pe didas po
ozamien o. Es e de alle écnico acili a mediciones p ecisas del pa y las e oluciones,
in eg ando de o ma di ec a el sis ema de moni o eo di ec amen e con las p uebas.
P e io a ins ala el ae ogene ado en el únel de ien o, se e ec ua on p uebas iniciales pa a
e i ica , que el en ilado , uncione co ec amen e y pueda p oduci elocidades de en e 2
m/s a 10 m/s. Asimismo, es as mediciones se ealiza on median e un anemóme o, Bene ech
GM816, en di e en es pun os de la salida del únel de ien o. Es as p uebas con i man que el
lujo de ai e es uni o me y que el conduc o es a alineado de mane a adecuada. Además, se
e i ica la es abilidad de la base de made a y las uniones, y se comp ueba que el únel es á a
ni el, asegu ando la exac i ud de las mediciones.
El mon aje del ae ogene ado se e ec úa siguiendo un p ocedimien o p eciso. Inicialmen e,
el o o ue colocado en la pa e in e io del únel, asegu ando que en e con un ma gen
necesa io pa a ga an iza el lujo de ien o. Se empleo un ni el pa a e i ica que el o o
es u ie a pe ec amen e pe pendicula al lujo de ai e del en ilado , ga an izando así una
medición p ecisa y cons an e.
T as inaliza el mon aje, se lle a on a cabo p uebas p elimina es de o ación, sin in e ención
del ien o, con el in de e alua la es abilidad del sis ema y comp oba la co ec a alineación
de las aspas. En es as p uebas se iden i ica on y co igie on posibles p oblemas elacionados
con ib aciones o desbalances, es o ga an iza un buen sis ema pa a las p uebas. Además,
es as p uebas p elimina es pe mi ie on el ajus e del lujo de ai e del en ilado , mejo ando
las condiciones en el en o no de abajo den o del únel.
Las mejo as implemen adas en el únel de ien o, como la ex ensión de su conduc o p incipal
y la inco po ación de la pe o ación in e io , han inc emen ado no ablemen e su capacidad
pa a analiza el endimien o del ae ogene ado . Es as adap aciones no solo pe mi en e alua
el diseño eó ico, sino ambién ajus a aspec os p ác icos undamen ados en los da os
expe imen ales ob enidos. Aunque se a e de un disposi i o an iguo, el únel adap ado ha
demos ado se una he amien a e icaz pa a alida el diseño del ae ogene ado ,
p opo cionando un en o no con olado pa a medi y op imiza las a iables cla e en su
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desempeño. Es e mon aje ga an iza que el sis ema es é lis o pa a some e se a p uebas
expe imen ales exhaus i as, c uciales pa a alcanza los obje i os es ablecidos.
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4. Simulaciones
4.1. He amien as y Mé odos
En es a sección se explican los mé odos y he amien as u ilizadas pa a analiza el
compo amien o de ae ogene ado diseñado. Se combinan simulaciones compu acionales
basados en CFD y expe imen ales en ensayos en únel de ien o, lo que pe mi e ob ene una
pe spec i a comple a y ce i icada del endimien o ae odinámico de los diseños.
4.1.1. So wa e CFD: SolidWo ks Flow Simula ion
El so wa e SolidWo ks se ha empleado como he amien a p incipal pa a e ec ua las
simulaciones compu acionales de dinámica de luidos en el diseño del ae ogene ado de eje
e ical. Se ha escogido po su in eg ación e icaz con los modelos 3D diseñados p e iamen e
y en sus uncionalidades a anzadas pa a calcula aspec os ae odinámicos impo an es y
p esen a esul ados con un al o ni el de de alle.
El desa ollo de la simulación empieza con la ca ga del modelo idimensional del
ae ogene ado . Pa a ga an iza la exac i ud del análisis, se es ablece un dominio
compu acional que simula el compo amien o del lujo del ai e en o no al disposi i o,
es ableciendo dis ancias ap opiadas an o en las zonas la e ales y supe io es como en la
on al y ase a. La elabo ación de la malla es esencial, esal ando el e inamien o en las
á eas p óximas a las aspas, pa a de alla el lujo y man ene un equilib io en la p ecisión con
los iempos de cálculo.
La con igu ación inicial aba ca la selección de las p opiedades del luido, pa a es e p oyec o,
se modelo el ai e como luido incomp esible con una densidad de 1,225 kg/m³ y una
iscosidad dinámica de 1,81 · 10⁻⁵ Pa·s, pa áme os co espondien es al es ánda al ni el del
ma . Además, se es ablecen las condiciones de con o no, de iniendo en adas con
elocidades cons an es de en e 2 m/s y 10 m/s, una salida con p esión a mos é ica de 1 a m
y bo des lib es que ga an izan un lujo es able.
Las p uebas compu acionales se ejecu a on con un modelo de u bulencia idóneo pa a lujos
complejos, asegu ando que los esul ados e leja an ielmen e el compo amien o eal del
ae ogene ado .
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El p oceso de simulación con emplo di e sas ases cal e pa a ob ene un análisis de allado y
p eciso del sis ema. Se es ablecie on obje i os incluyendo pa áme os cla e como la p esión
o al máxima, las elocidades p omedio y máximas en las di ecciones X, Y y Z, ue zas en los
ejes X, Y y Z, y el o que gene ado po el sis ema. Es os da os ue on esenciales pa a el
compo amien o ae odinámico del ae ogene ado .
4.1.1.1. Con igu ación inicial
La con igu ación inicial de la simulación en SolidWo ks Flow Simula ion desc ibe los alo es
de en ada empleados pa a el análisis del ae ogene ado de eje e ical, aba cando la
de inición del dominio compu acional, las secciones de luido y las á eas o a i as que simulan
el mo imien o de las aspas. También se desc iben las condiciones de con o no, enca gadas
de es ablece los alo es de elocidad de en ada del ai e y la p esión de salida en condiciones
ambien ales. Es a con igu ación es cla e pa a ga an iza que las simulaciones e lejen con
p ecisión las condiciones eales de uncionamien o del sis ema y pe mi an un análisis
de allado de los e ec os ae odinámicos.

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Ilus ación 24: Con igu ación de simulación CFD en SolidWo ks Flow Simula ion. Fuen e: [24]
A con inuación, se exponen los esul ados ob enidos a lo la go de las i e aciones de
simulación. En ellos se incluyen los alo es ac uales y p omedio alcanzados pa a cada
obje i o, así como p esiones, elocidades, ue zas y o ques, jun o con el p og eso hacia los
c i e ios de con e gencia. Además, se inco po a una g á ica que es anda iza los alo es
i e a i os, e idenciando como cada a iable e oluciona has a es abiliza se en su alo inal.
Es a in o mación no solo espalda la iabilidad de la simulación, sino que ambién pe mi e un
análisis p o undo del endimien o del ae ogene ado en las condiciones e aluadas.
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Ilus ación 25: Resul ados de con e gencia en simulación CFD en SolidWo ks Flow Simula ion. Fuen e: [25]
4.1.1.2. Flow T ajec o ies
El análisis de Flow T ajec o ies cons i uye un papel cla e en las simulaciones de dinámica de
luidos, ya que pe mi e ep esen a isualmen e las ayec o ias del lujo de ai e al ededo de
un disposi i o, en es e caso, un ae ogene ado de eje e ical. Es e ipo de análisis emplea
líneas de co ien e pa a e idencia la in e acción del ien o con las aspas y u iliza una escala
c omá ica pa a isualiza las a iaciones de elocidad. Es a écnica esul a cla e pa a
comp ende la ae odinámica del sis ema y así op imiza su endimien o.
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67
Ilus ación 26: Flow T ajec o ies en SolidWo ks Flow Simula ion. Fuen e: [26]
La simulación desc ibe la dinámica del lujo al in e ac ua con las aspas del ae ogene ado .
Las líneas de co ien e e idencian la des iación del ai e al ededo del sis ema, esal ando las
á eas donde se p oducen u bulencias y sepa aciones de lujo. La escala c omá ica indica la
elocidad del ai e, con onos ojos pa a las más al as y los onos azules pa a las más bajas.
Es a he amien a es undamen al pa a de ec a zonas c í icas en el diseño.
En la zona pos e io de las aspas, se de ec an zonas con elocidades educidas y lujo
u bulen o, lo que e idencia la p esencia de sepa ación del lujo. Como consecuencia, se
inc emen a la esis encia ae odinámica y disminuye la e iciencia en la con e sión de ene gía
del ien o. Po lo con a io, en la pa e delan e a, las líneas de co ien e mues an una
dis ibución más uni o me, pe mi iendo una in e acción más op ima con la co ien e del ai e.
Los esul ados ob enidos a pa i de es e es udio pe mi en iden i ica ca encias en el diseño
ac ual, ales como geomé icas que no op imizan el lujo o disposiciones que o iginan
u bulencias no deseadas. Es as conclusiones ep esen an una base sólida pa a implemen a
mejo as en el ae ogene ado , con el in de mejo a su uncionamien o y aumen a su
e iciencia ope a i a.
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4.1.1.3. Su ace Plo s
El es udio de Su ace Plo s es una me odología aplicada en simulaciones de dinámica de
luidos pa a ep esen a g á icamen e la dis ibución de una a iable, como la p esión, sob e
la supe icie del modelo. En es e caso, posibili a la obse ación de allada de como las ue zas
de p esión se dispe san a lo la go de las aspas y o as pa es del ae ogene ado . Es a
he amien a esul a cla e pa a iden i ica egiones con dis in os ni eles de p esión, analiza
las ue zas que in luyen en la es uc u a y en ende su impac o en la e iciencia ae odinámica.
Ilus ación 27: Su ace Plo en SolidWo ks Flow Simula ion. Fuen e: [27]
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Finalmen e, las g á icas que elacionan el coe icien e de po encia con la elocidad de pun a
p opo cionan in o mación c ucial pa a op imiza la u u a del diseño, lo que pe mi e ealiza
ajus es en la geome ía y con igu ación del ae ogene ado con el obje i o de mejo a su
e iciencia y op imiza la cap ación de ene gía eólica.
4.2.2. Resul ados de las simulaciones compu acionales pa a los es modelos
Modelo 1
En el modelo 1 se incluyen las ablas con los pa áme os ob enidas en las simulaciones, como
el o que, la elocidad angula y el coe icien e de po encia, además de las g á icas que
mues an la e olución del coe icien e de po encia con espec o a la elocidad de pun a. A
con inuación, se p esen an los alo es ob enidos:
Ilus ación 31: G a ica To que s TSR de Modelo 1. Fuen e: [31]

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La elación en e el o que y el Tip Speed Ra io TSR mues a un compo amien o
gene almen e espe ado pa a un ae ogene ado de ipo Sa onius. En la ilus ación 31 se
p esen an las g á icas ob enidas a pa i de las simulaciones ealizadas en SolidWo ks,
mien as que las ablas con los alo es numé icos se encuen an en el Anexo 2.1.
La endencia del o que en unción del TSR indica que el o que aumen a con el TSR has a
ap oximadamen e TSR igual a 2 donde alcanza su alo máximo an es de es abiliza se o
dec ece lige amen e. Es e compo amien o es ípico de los ae ogene ado es Sa onius ya que
a alo es de TSR demasiado al os la elocidad del o o supe a la capacidad del ien o pa a
ans e i ene gía e icien emen e.
Pa a alo es de TSR meno es a 0.3 algunos alo es de o que son ex emadamen e bajos lo
que sugie e que en es as condiciones el o o pod ía es a expe imen ando esis encia en
luga de gene ación de po encia. Es o es consis en e con el compo amien o de los
ae ogene ado es Sa onius en los cuales el a as e ae odinámico juega un papel
p edominan e en la con e sión de ene gía.
Se obse a que a elocidades más al as del ien o supe io es a 5 m/s el o que c ece más
ápidamen e con el TSR. Sin emba go, pa a alo es al os de TSR el o que p esen a mayo es
luc uaciones lo que puede es a elacionado con e ec os ae odinámicos no lineales o con la
o mación de u bulencias en la zona de es ela del o o .
A elocidades al as del ien o de 9 a 10 m/s los alo es del o que mues an una a iabilidad
más p onunciada lo que puede es a asociado con la gene ación de ó ices y e ec os de
sepa ación del lujo que a ec an la es abilidad del ae ogene ado .
La endencia gene al es cohe en e con la eo ía de ae ogene ado es Sa onius, aunque la
p esencia de alo es i egula es en algunos pun os sugie e que la simulación pod ía
bene icia se de un mayo e inamien o en la malla o una e aluación más p ecisa de las
condiciones de con o no.
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Ilus ación 32: G a ica Cp s TSR de Modelo 1. Fuen e: [32]
El coe icien e de po encia Cp que mide la e iciencia con la que el ae ogene ado con ie e la
ene gía del ien o en ene gía mecánica p esen a una endencia que e leja el
compo amien o espe ado en ae ogene ado es de eje e ical. En la Ilus ación 32 se
mues an las g á icas ob enidas a pa i de los esul ados de SolidWo ks mien as que las
ablas con los alo es numé icos se encuen an en el Anexo 2.1.
En gene al el Cp aumen a con el TSR lo cual es consis en e con el compo amien o espe ado.
A alo es bajos de TSR meno es a 0.5 los alo es de Cp son ex emadamen e pequeños lo que
indica que en es a zona el ae ogene ado no es á cap ando su icien e ene gía del ien o.
En la mayo ía de los casos el coe icien e de po encia alcanza su máximo en el ango de TSR
en e 2 y 2.5 lo cual concue da con el compo amien o eó ico de los ae ogene ado es
Sa onius que ienden a ope a con mayo e iciencia en es e in e alo.
Se obse an algunas i egula idades en cie os alo es de TSR donde los coe icien es de
po encia mues an luc uaciones signi ica i as en pa icula a al as elocidades del ien o.
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Es o puede es a asociado con e ec os de sepa ación del lujo e in e acción con la es ela del
ae ogene ado lo que gene a cambios en la e iciencia ae odinámica del sis ema.
En la li e a u a el Cp máximo de ae ogene ado es Sa onius suele es a en el ango de 0.1 a
0.3. Los da os ob enidos en la simulación mues an un Cp máximo de ap oximadamen e 0.25
lo cual se encuen a den o de alo es azonables, aunque algunas luc uaciones en alo es
especí icos sugie en que puede habe e ec os ae odinámicos que no se cap u an
comple amen e en la simulación.
Los da os mues an una endencia gene al azonable pe o las luc uaciones en alo es bajos
de TSR y cie as inconsis encias sugie en que la simulación pod ía bene icia se de un análisis
más de allado. Aun así, el compo amien o del Cp es compa ible con la e iciencia espe ada
de un ae ogene ado Sa onius.
Modelo 2
En el modelo 2, los esul ados e idencian una op imización del endimien o cuando se expone
a ien os más in ensos. La siguien e abla y g a ica exponen los da os es an es:
Ilus ación 33: G a ica To que s TSR de Modelo 2. Fuen e: [33]
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La elación en e el o que y el Tip Speed Ra io TSR mues a un compo amien o ca ac e ís ico
de los ae ogene ado es de ipo Sa onius. En la Ilus ación 33 se p esen an las g á icas
ob enidas a pa i de las simulaciones ealizadas en SolidWo ks, mien as que las ablas con
los alo es numé icos se encuen an en el Anexo 2.2.
La endencia del o que en unción del TSR indica que el o que aumen a con el TSR has a
ap oximadamen e TSR igual a 2 donde alcanza su alo máximo an es de es abiliza se o
dec ece lige amen e. Es e compo amien o es ípico de los ae ogene ado es Sa onius ya que
a alo es de TSR demasiado al os la elocidad del o o supe a la capacidad del ien o pa a
ans e i ene gía e icien emen e.
Pa a alo es de TSR meno es a 0.3 algunos alo es de o que son ex emadamen e bajos lo
que sugie e que en es as condiciones el o o pod ía es a expe imen ando esis encia en
luga de gene ación de po encia. Es o es consis en e con el compo amien o de los
ae ogene ado es Sa onius en los cuales el a as e ae odinámico juega un papel
p edominan e en la con e sión de ene gía.
Se obse a que a elocidades más al as del ien o supe io es a 5 m/s el o que c ece más
ápidamen e con el TSR. Sin emba go, pa a alo es al os de TSR el o que p esen a mayo es
luc uaciones lo que puede es a elacionado con e ec os ae odinámicos no lineales o con la
o mación de u bulencias en la zona de es ela del o o .
A elocidades al as del ien o de 9 a 10 m/s los alo es del o que mues an una a iabilidad
más p onunciada lo que puede es a asociado con la gene ación de ó ices y e ec os de
sepa ación del lujo que a ec an la es abilidad del ae ogene ado .
La endencia gene al es cohe en e con la eo ía de ae ogene ado es Sa onius, aunque la
p esencia de alo es i egula es en algunos pun os sugie e que la simulación pod ía
bene icia se de un mayo e inamien o en la malla o una e aluación más p ecisa de las
condiciones de con o no.
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Ilus ación 34: G a ica Cp s TSR de Modelo 2. Fuen e: [34]
El coe icien e de po encia Cp que mide la e iciencia con la que el ae ogene ado con ie e la
ene gía del ien o en ene gía mecánica p esen a una endencia que e leja el
compo amien o espe ado en ae ogene ado es de eje e ical. En la Ilus ación 34 se
mues an las g á icas ob enidas a pa i de los esul ados de SolidWo ks mien as que las
ablas con los alo es numé icos se encuen an en el Anexo 2.2.
En gene al el Cp aumen a con el TSR lo cual es consis en e con el compo amien o espe ado.
A alo es bajos de TSR meno es a 0.5 los alo es de Cp son ex emadamen e pequeños lo que
indica que en es a zona el ae ogene ado no es á cap ando su icien e ene gía del ien o.
En la mayo ía de los casos el coe icien e de po encia alcanza su máximo en el ango de TSR
en e 2 y 2.5 lo cual concue da con el compo amien o eó ico de los ae ogene ado es
Sa onius que ienden a ope a con mayo e iciencia en es e in e alo.
Se obse an algunas i egula idades en cie os alo es de TSR donde los coe icien es de
po encia mues an luc uaciones signi ica i as en pa icula a al as elocidades del ien o.

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Es o puede es a asociado con e ec os de sepa ación del lujo e in e acción con la es ela del
ae ogene ado lo que gene a cambios en la e iciencia ae odinámica del sis ema.
En la li e a u a el Cp máximo de ae ogene ado es Sa onius suele es a en el ango de 0.1 a
0.3. Los da os ob enidos en la simulación mues an un Cp máximo de ap oximadamen e 0.15
a 0.25 lo cual se encuen a den o de alo es azonables, aunque lige amen e po debajo de
lo espe ado lo que pod ía indica pé didas de e iciencia debido a e ec os ae odinámicos
complejos no cap u ados comple amen e en la simulación.
Los da os mues an una endencia gene al azonable pe o las luc uaciones en alo es bajos
de TSR y cie as inconsis encias sugie en que la simulación pod ía bene icia se de un análisis
más de allado. Aun así, el compo amien o del Cp es compa ible con la e iciencia espe ada
de un ae ogene ado Sa onius.
Modelo 3
En el modelo 3 ue desa ollado con ajus es en la o ma de las aspas pa a maximiza su
e iciencia en un ango más amplio de TSR. La siguien e abla y g a ica exponen los da os
es an es:
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Ilus ación 35: G a ica To que s TSR de Modelo 3. Fuen e: [35]
La elación en e el o que y el Tip Speed Ra io TSR mues a un compo amien o ca ac e ís ico
de los ae ogene ado es de ipo Sa onius. En la Ilus ación 35 se p esen an las g á icas
ob enidas a pa i de las simulaciones ealizadas en SolidWo ks, mien as que las ablas con
los alo es numé icos se encuen an en el Anexo 2.3.
La endencia del o que en unción del TSR indica que el o que aumen a con el TSR has a
ap oximadamen e TSR igual a 2 donde alcanza su alo máximo an es de es abiliza se o
dec ece lige amen e. Es e compo amien o es ípico de los ae ogene ado es Sa onius ya que
a alo es de TSR demasiado al os la elocidad del o o supe a la capacidad del ien o pa a
ans e i ene gía e icien emen e.
Se obse an algunas i egula idades en los alo es de o que especialmen e en TSR bajos
donde algunos alo es mues an luc uaciones o compo amien os inespe ados. Es as
a iaciones pueden debe se a e ec os ae odinámicos complejos en la simulación como la
o mación de ó ices y la in e acción del lujo con las aspas en mo imien o.
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A elocidades más al as del ien o supe io es a 5 m/s el o que iende a aumen a con mayo
apidez, aunque p esen a oscilaciones en cie os pun os lo que puede es a asociado a
ines abilidades en la simulación. A alo es ele ados de TSR se obse a una mayo dispe sión
en los da os de o que lo que sugie e que el endimien o del ae ogene ado puede e se
a ec ado po e ec os ae odinámicos adicionales que no son cap u ados comple amen e en la
simulación.
En alo es de TSR supe io es a 2.5 se obse an alo es del o que que no siguen una endencia
cla a lo que puede debe se a la ansición en e egímenes de lujo es able y lujo u bulen o
al ededo del o o .
Ilus ación 36: G a ica Cp s TSR de Modelo 3. Fuen e: [36]
El coe icien e de po encia Cp que mide la e iciencia con la que el ae ogene ado con ie e la
ene gía del ien o en ene gía mecánica p esen a una endencia a iable con algunas
oscilaciones signi ica i as. En la Ilus ación 36 se mues an las g á icas ob enidas a pa i de
los esul ados de SolidWo ks mien as que las ablas con los alo es numé icos se encuen an
en el Anexo 2.3.
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En gene al el Cp aumen a con el TSR alcanzando sus alo es máximos en un ango ce cano a
TSR igual a 2. Sin emba go, se obse an alo es a ípicos en algunos pun os lo que puede
indica que la simulación no cap u a comple amen e la in e acción del lujo con las aspas del
ae ogene ado .
A bajas elocidades del ien o los alo es de Cp son pequeños lo que indica que el
ae ogene ado iene una baja e iciencia en es as condiciones lo cual es un compo amien o
espe ado. Sin emba go, a TSR al os algunos alo es de Cp son inusualmen e ele ados lo que
puede debe se a e o es en la simulación o e ec os ae odinámicos no lineales.
Se obse a que en algunos alo es de TSR se p esen an a iaciones b uscas en el coe icien e
de po encia lo que sugie e que la simulación puede es a gene ando esul ados inconsis en es
en cie as condiciones de lujo.
En la li e a u a el Cp máximo de ae ogene ado es Sa onius suele es a en el ango de 0.1 a
0.3. En los esul ados ob enidos en la simulación se obse an alo es que en algunos casos
supe an es e ango lo que indica la necesidad de ealiza un análisis más de allado pa a alida
la p ecisión de los da os ob enidos.
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iempo eal. Además, se han implemen ado il os digi ales pa a educi el uido en las
mediciones y asegu a mayo p ecisión en los alo es egis ados.
El sis ema de moni o eo desa ollado pe mi e iden i ica a iaciones en la ca ga del mo o y
ealiza ajus es au omá icos en el con ol. Es o p opo ciona un uncionamien o es able y
e icien e, educiendo posibles allos y op imizando el desempeño del mo o en cualquie
condición de ope ación.

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6. P uebas en el Túnel de Vien o
6.1. P epa ación y mon aje
Pa a ealiza las p uebas en el únel del ien o, se aplica una se ie de p ocedimien os que
asegu a la co ec a ins alación del ae ogene ado y la ob ención de da os iables. Debido a la
geome ía ci cula del únel, se lle a a cabo una p epa ación minuciosa pa a asegu a una
óp ima ins alación.
En las p uebas, se empelo un únel de ien o con una sección de ensayo de 30 cm de
diáme o, adecuada pa a el ae ogene ado diseñado, que cuen a con un adio y una al u a
máxima de 9,505 cm y 23 cm, espec i amen e. Se ealiza on comp obaciones p elimina es
pa a asegu a es abilidad y uni o midad del lujo de ai e en la egión de ensayo.
El p oceso de ins alación del ae ogene ado en el únel de ien o se ealiza ijando su base,
de 17,3 cm de diáme o, de mane a i ma, y a a és de una ex usión en su base in e io de
7 cm. Dicha ex usión se ancla a la máquina de lec u a, pasando po un aguje o, lo
su icien emen e ancho, pa a que no haya ozamien o. Se implemen an medidas adicionales
pa a ga an iza que la es uc u a sopo a las ib aciones gene adas du an e el ensayo. Se
e i ico la alineación p ecisa de las aspas con la di ección del lujo de ai e en el únel,
minimizando u bulencias y asegu ando mediciones exac as. Además, se in eg a on senso es
pa a egis a la elocidad de o ación, el o que y mecánicas pa a e i a posibles e o es en
la adquisición de da os.
Las p uebas se ealiza on bajo dis in as elocidades del ien o, a iando en e 2 m/s y 10 m/s,
con el p opósi o de analiza el desempeño del ae ogene ado en di e en es si uaciones. An es
de inicia las mediciones de ini i as, se ealiza on ensayos p elimina es pa a calib a los
senso es y se es ablecie on las condiciones de e e encia. Es os egis os pe mi ie on
es ablece una co elación p ecisa en e la po encia suminis ada y la elocidad del ai e,
asegu ando un con ol adecuado de las condiciones expe imen ales y la epe i i idad de las
p uebas. Es e p oceso se lle a a cabo sin in e e encias ex e nas, u ilizando únicamen e el
únel de ien o.
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93
An es de empeza con las simulaciones, ambién se ealiza on mediciones de mane a
alea o ia de ensión, es ableciendo un alo especi ico y ob ene cinco egis os con el
anemóme o. Es e p ocedimien o se ealizó múl iples eces has a ob ene una e e encia
iable de las elocidades que se emplea on en los ensayos pos e io es. Las g á icas
co espondien es a es os egis os se inclui án pa a ep esen a la elación en e la ensión
aplicada y la elocidad del ien o gene ada.
Tabla 3: Relación en e ensión de alimen ación y elocidad en di e en es pun os de medición.
La abla p esen ada mues a la elación en e la ensión aplicada y la elocidad del ien o
den o del únel de ien o. Los alo es de ensión a ían desde 1V has a 20V, egis ando
mediciones en cinco pun os dis in os y calculando una media pa a cada ni el de ensión. Se
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obse a que a medida que la ensión aumen a, la elocidad media del ien o ambién lo hace,
e lejando una endencia espe ada en el compo amien o del sis ema. Sin emba go, los da os
indican que la elocidad máxima alcanzada es de ap oximadamen e 5 m/s, lo cual es
signi ica i amen e meno a la expec a i a inicial de 10 m/s.
Es e esul ado sugie e que el únel de ien o no es á gene ando la elocidad espe ada, lo que
pod ía debe se a ac o es como la capacidad del sis ema, la e iciencia del lujo de ai e den o
del únel, posibles pé didas de ene gía po icción o la ubicación de los senso es de medición.
A pesa de es a limi ación, la abla p opo ciona in o mación aliosa sob e el desempeño del
sis ema en sus condiciones ac uales, pe mi iendo e alua su uncionamien o y conside a
ajus es en el diseño o la ope ación pa a mejo a la elocidad del ien o si ue a necesa io.
Además, se incluye una g á ica que ep esen a la elación en e la ensión y la elocidad del
ien o, mos ando isualmen e la endencia c ecien e de la elocidad en unción de la ensión
aplicada y pe mi iendo iden i ica posibles a iaciones o e o es expe imen ales en las
mediciones.
Ilus ación 41: G a ica de elación en e ensión aplicada y elocidad del ien o gene ado. Fuen e: [42]
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6.2. Resul ados expe imen ales pa a los es modelos
Los esul ados expues os en es a sección p o ienen de p uebas expe imen ales en un
ambien e bajo condiciones con oladas. Aunque los da os e lejan el compo amien o
ca ac e ís ico de cada modelo de aspa, deben in e p e a se den o del con ex o de es as
condiciones idealizadas, ya que en un escena io eal pueden p oduci se des iaciones debido
a ac o es ex e nos no eplicados en un únel de ien o.
Los da os se p ocesan y con igu an a a és de MATLAB, lo que pe mi e ealiza un es udio
de allado de las mediciones ob enidas. A pa i de es as p uebas, se lle an a cabo
compa aciones en e los modelos de aspas, e aluando su desempeño en un ango de
elocidades de ien o en e 1 m/s y 5 m/s, así como elocidades angula es de has a 340 pm.
Pa a cada uno de los modelos, se ha ob enido una g á ica que ep esen a la in e acción en e
la elocidad del ien o, la elocidad angula y el o que ob enido. A pa i de los alo es de
o que, se calculó el coe icien e de po encia, cuyos alo es se incluyen en una abla adicional
y se ep esen an en una segunda g a ica.
Modelo 1
En el modelo 1, la g á ica de To que en unción del TSR (Tip Speed Ra io) mues a la e olución
del o que gene ado po el ae ogene ado a di e en es elocidades del ien o. Se obse a
que, a medida que el TSR aumen a, el o que expe imen a una endencia c ecien e has a
alcanza un alo máximo, seguido de una lige a es abilización. Es o indica que exis e un
pun o óp imo en el que el ae ogene ado gene a el mayo o que an es de que la e iciencia
comience a disminui .
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96
Ilus ación 42: G a ica To que s TSR en simulación expe imen al de Modelo 1. Fuen e: [43]
El compo amien o a ía en unción de la elocidad del ien o, con alo es más al os de
o que a elocidades mayo es. En pa icula , se obse a que pa a TSR en e 1,5 y 2,5, el o que
alcanza su pun o máximo, especialmen e en elocidades de 4 m/s y 5 m/s, lo que sugie e que
es a egión es la más e icien e pa a el desempeño del ae ogene ado .
Los alo es especí icos de o que pa a cada TSR y elocidad del ien o se encuen an en el
Anexo 3.1.
La g á ica de Cp s. TSR pe mi e e alua la e iciencia del ae ogene ado en é minos de
con e sión de la ene gía ciné ica del ien o en ene gía mecánica ú il. Se obse a que el
coe icien e de po encia sigue una cu a ascenden e has a alcanza un alo máximo y
pos e io men e dec ece. Es e compo amien o es ca ac e ís ico de ae ogene ado es
Sa onius, donde el endimien o es óp imo en un ango especí ico de TSR.

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97
Ilus ación 43: G a ica Cp s TSR en simulación expe imen al de Modelo 1. Fuen e: [44]
Los alo es de Cp alcanzan su máximo en e TSR 2,1 y 2,5, donde se log a la mejo e iciencia
ae odinámica. A elocidades de ien o más al as, el coe icien e de po encia ambién mues a
inc emen os, aunque la e iciencia ela i a iende a es abiliza se. Es o con i ma que ope a el
ae ogene ado den o de es e ango de TSR es cla e pa a maximiza la con e sión de ene gía.
Los alo es especí icos de Cp pa a cada TSR y elocidad del ien o se encuen an en el Anexo
3.1.
Modelo 2
En el modelo 2, la g á ica de To que en unción del TSR (Tip Speed Ra io) pe mi e isualiza la
e olución del o que gene ado po el ae ogene ado a di e en es elocidades del ien o. Se
obse a que, a medida que el TSR aumen a, el o que ambién inc emen a, alcanzando un
alo máximo an es de es abiliza se.
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Ilus ación 44: G a ica To que s TSR en simulación expe imen al de Modelo 2. Fuen e: [45]
En pa icula , los alo es de o que aumen an p og esi amen e has a un ango de TSR en e
2,1 y 2,5, donde se obse a el mejo desempeño. A elocidades de ien o más al as, el o que
gene ado es signi ica i amen e mayo , lo que con i ma que el ae ogene ado esponde
a o ablemen e a condiciones de mayo elocidad del ien o. Es e compo amien o es
esencial pa a iden i ica el ango óp imo de ope ación del sis ema.
Pa a un análisis de allado de los alo es especí icos de o que a di e en es elocidades del
ien o y TSR, se pueden consul a las ablas en el Anexo 3.2.
La g á ica de Cp s. TSR pe mi e e alua la e iciencia ae odinámica del ae ogene ado ,
mos ando la acción de ene gía del ien o que se con ie e en ene gía mecánica ú il. Se
obse a que el coe icien e de po encia sigue una endencia c ecien e has a un alo máximo,
as el cual comienza a disminui .
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Ilus ación 45: G a ica Cp s TSR en simulación expe imen al de Modelo 2. Fuen e: [46]
El alo máximo de Cp se alcanza en el ango de TSR en e 2,1 y 2,5, indicando que es e es el
pun o óp imo de ope ación pa a maximiza la e iciencia del ae ogene ado . A elocidades
más bajas, el Cp p esen a alo es signi ica i amen e meno es, lo que sugie e que el
endimien o del ae ogene ado es menos e icien e en condiciones de ien o educido.
Los alo es especí icos de Cp pa a cada TSR y elocidad del ien o se encuen an en el Anexo
3.2.
Modelo 3
En el modelo 3, la g á ica de To que en unción del TSR (Tip Speed Ra io) mues a la e olución
del o que gene ado po el ae ogene ado a di e en es elocidades del ien o. Se obse a que
el o que aumen a p og esi amen e con el inc emen o del TSR has a alcanza un alo
máximo, seguido de una endencia a la es abilización.
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Ilus ación 46: G a ica To que s TSR en simulación expe imen al de Modelo 3. Fuen e: [47]
Los esul ados indican que, en el ango de TSR en e 2,1 y 2,5, se alcanzan los alo es más
al os de o que, lo que sugie e que es e es el in e alo óp imo de ope ación del
ae ogene ado en é minos de gene ación de ue za mecánica. A medida que la elocidad del
ien o aumen a, el o que gene ado es mayo , con i mando el buen desempeño del sis ema
en condiciones de mayo ca ga ae odinámica.
Los alo es especí icos de o que pa a cada TSR y elocidad del ien o se encuen an en el
Anexo 3.3.
La g á ica de Cp s. TSR pe mi e analiza la e iciencia del ae ogene ado en la con e sión de
ene gía eólica en ene gía mecánica. Se obse a que el coe icien e de po encia c ece con el
aumen o del TSR has a alcanza un alo máximo, pa a luego descende .
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107
un mejo desempeño en é minos de e iciencia ene gé ica. Además, su es abilidad mecánica
y su meno ni el de ib aciones han con ibuido a man ene un endimien o más cons an e a
lo la go del iempo, lo que e ue za su iabilidad como la opción más en able den o del
análisis ealizado.
En conclusión, el modelo seleccionado no solo o ece el mejo equilib io en e elocidad de
o ación y gene ación de o que, sino que ambién ga an iza una con e sión de ene gía más
e icien e en el iempo, lo que lo con ie e en la al e na i a más adecuada pa a la
implemen ación del ae ogene ado e ical en u u as aplicaciones.
7.4. Limi aciones iden i icadas du an e las p uebas
Du an e la ealización de las p uebas expe imen ales se han iden i icado di e sas limi aciones
que han in luido en la p ecisión de los da os ob enidos y en la in e p e ación de los esul ados.
Una de las p incipales es icciones adica en el amaño del ae ogene ado , ya que al a a se
de un disposi i o de dimensiones educidas, la in e acción con el lujo de ai e es meno , lo
que gene a una in luencia limi ada y di icul a la ob ención de da os p ecisos. Es a condición
a ec a la ep esen a i idad de los esul ados y su ex apolación a sis emas de mayo
en e gadu a.
Asimismo, las simulaciones ealizadas en SolidWo ks han mos ado cie as limi aciones, dado
que es e so wa e, aunque ú il pa a el diseño y la isualización del ae ogene ado , no es á
especí icamen e desa ollado pa a la simulación ae odinámica de allada ni pa a la e aluación
exhaus i a de lujos de ien o y compo amien o ene gé ico. Como consecuencia, las lec u as
y mediciones ob enidas en el en o no i ual p esen an una meno p ecisión y no pueden
conside a se como e e encias de ini i as pa a el análisis del endimien o del sis ema.
En elación con las p uebas expe imen ales, el únel de ien o u ilizado ha supues o una
limi ación impo an e, ya que su capacidad máxima de gene ación de lujo de ai e no supe a
los 5 m/s, es ingiendo así el es udio del ae ogene ado en condiciones de ien o más

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108
in ensas. Es a limi ación es á di ec amen e elacionada con la po encia del en ilado
empleado, el cual ope a a 12 V y no es capaz de p opo ciona elocidades de ai e supe io es,
educiendo el alcance del análisis expe imen al y limi ando la e aluación del compo amien o
del ae ogene ado en dis in os escena ios ope a i os.
O a de las es icciones iden i icadas se encuen a en el mo o u ilizado pa a la oma de
mediciones, el cual p esen a una p ecisión limi ada a bajas elocidades angula es. Se ha
obse ado que el endimien o óp imo del mo o se si úa en o no a las 2000 pm, lo que
implica que las mediciones ealizadas po debajo de es e umb al pueden p esen a
des iaciones signi ica i as, a ec ando la iabilidad de los da os ob enidos y la calidad del
análisis compa a i o en e di e en es condiciones de ope ación.
Finalmen e, se ha iden i icado que las p uebas ealizadas en el únel de ien o no e lejan con
exac i ud un en o no eal de ope ación, ya que la gene ación de lujo de ai e en un en o no
con olado ca ece de la a iabilidad p esen e en condiciones na u ales, donde ac o es como
u bulencias, á agas y cambios de di ección a ec an di ec amen e el compo amien o del
ae ogene ado . Es a di e encia in oduce una disc epancia en e los esul ados
expe imen ales ob enidos en labo a o io y el desempeño eal del sis ema en campo abie o,
lo que di icul a la ex apolación de los da os y la alidación p ecisa del endimien o del
ae ogene ado en escena ios eales de aplicación.
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8. P esupues o
8.1. Cos es de ma e iales
La cons ucción y el diseño del ae ogene ado e ical han eque ido la selección cuidadosa
de ma e iales pa a ga an iza su e icacia y obus ez bajo condiciones de p ueba. A
con inuación, se o ece un desglose de allado de los ma e iales empleados, jun o con su cos e
es imado.
Tabla 4: Cos es ma e iales.
Ma e ial
Can idad
Cos e
uni a io
Cos e o al
Cesión po la
uni e sidad
PLA (pa a
imp esión 3D)
936,77
g amos
20 €/kg
18,73
Sí
Se omo o
NEMA 23
1 unidad
50 €
50 €
Sí
Ven ilado FAN
MOTOR DC 12V
1 unidad
30 €
30 €
Sí
Cubo pin u a
acío
2 unidad
4 €
8 €
Sí
Base de made a
1 unidad
8 €
8 €
Sí
Ex ensión de
cable
2 me os
1,5 €
3 €
Sí
Anemóme o
Bene ech GM816
1 unidad
20 €
20 €
No
To nillos y
ue cas
1 pack
5 €
5 €
No
To al
-
-
142,73 €
-
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Como se ap ecia en la abla, la g an mayo ía de los ma e iales han sido p opo cionados po
la uni e sidad, de al mane a no se e lejan en el cos o o al. Po o o lado, exis en algunos
ma e iales que han sido enido que se adqui idos po mi cuen a ya que no se disponían de
exis encias o no se podían eu iliza de o o lado.
El PLA ue el ma e ial empleado pa a la imp esión 3D de las aspas y la base del
ae ogene ado . Con un consumo de 936,77 g amos, el cos e de es e ma e ial asciende a 18,73
€, lo que lo con ie e en una al e na i a económica y espe uosa con el medio ambien e pa a
la p oducción de componen es.
El se omo o M-2310P-LN-04K, de la compañía TEKINC, INC., iene un p ecio de 50 €, se
u iliza pa a gene a un mo imien o con olado del ae ogene ado , simulando las condiciones
eales de uncionamien o, du an e las p uebas expe imen ales.
Pa a p opo ciona es abilidad al ae ogene ado du an e las p uebas, se empleó una base de
made a con un cos e de 8€. Es a base se unió al únel de ien o, compues o po 2 cubos de
pin u a acíos y eco dando las pa es in e io es, con un p ecio de 4 € la unidad. A es e únel,
se le ins alo un en ilado KSC-1231 DC 12V, de la compañía FAN MOTOR KSC, que iene un
p ecio de 30 €. Jun o con un ala gado de cable de 3 € pa a conec a el en ilado a una uen e
de ensión.
Pa a las mediciones de elocidad del ien o se empleó un anemóme o Bene ech GM816, con
un cos e de 20 €. O os ma e iales complemen a ios, como o nillos y ue cas, ienen un
p ecio de 5 €.
En esumen, el cos e o al es imado de los ma e iales asciende a 142,73 €, lo que e leja una
in e sión e icien e y bien ajus ada a los equisi os del p oyec o. Los ma e iales seleccionados
asegu an la iabilidad écnica y la económica, pe mi iendo alcanza los obje i os es ablecidos
pa a el co ec o desa ollo del ae ogene ado .
8.2. Cos es asociados a so wa e
El desa ollo del ae ogene ado e ical equi ió el uso de he amien as de so wa e pa a
modelado, simulación y análisis. Es as he amien as ue on undamen ales pa a alida el
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diseño, op imiza las aspas y e alua el compo amien o ae odinámico del sis ema en
condiciones simuladas. A con inuación, se desglosan los cos es asociados a es as ac i idades.
Tabla 5: Cos es so wa es.
Elemen o
Cos e
Cesión po la uni e sidad
SolidWo ks
4999 €/año
Sí
MATLAB
938 €/año
Si
O ice 365
69 €/año
Sí
C eali y P in 6.0
G a is
No
To al
6006 €/año
-
SolidWo ks se u iliza pa a el diseño de las piezas del ae ogene ado y la ealización de
simulaciones 3D, iene un p ecio de 4999€ anuales. G acias a es a es udiando en la
uni e sidad UPC, dispongo de es e so wa e con licencia g a ui a.
MATLAB se emplea pa a el con ol y la ecopilación de da os del se omo o , con un cos e de
938 € anuales. G acias a es a es udiando en la uni e sidad UPC, dispongo de es e so wa e
con licencia g a ui a.
O ice 365, se emplea pa a el almacenaje de da os, iene un cos e de 69€ anuales. G acias a
es a es udiando en la uni e sidad UPC, dispongo de es e so wa e con licencia g a ui a.
C eali y P in 6.0 se u iliza pa a la pa ame ización de piezas pa a la pos e io imp esión 3D,
su p ecio es g a ui o.
En esumen, el cos e es imado de las he amien as u ilizadas asciende a 6006 € anuales.
G acias a las licencias que iene la uni e sidad, y po se es udian e de es a, se pe mi e el uso
sin cos e di ec o, lo que supone una g an en aja en la ejecución del p oyec o.
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8.3. Cos es desa ollo
El cos e elacionado con el desa ollo del p oyec o se basa en las ho as dedicadas a cada una
de las e apas necesa ias pa a comple a el diseño, ensamblaje y alidación del ae ogene ado .
Dichas e apas incluyen el diseño inicial, la ab icación de las piezas, el desa ollo del p og ama
de con ol, las simulaciones expe imen ales y compu acionales, la in es igación écnica y la
ejecución de p uebas. Se ha de inido el alo p omedio de mi abajo en 14 €/ho a.
Tabla 6: Cos es desa ollo.
E apa
Ho as dedicadas
Cos e po ho a
Cos e o al
Diseño
120
14 €
1680 €
Mon aje
40
560 €
Realización de
p og ama
25
140 €
Simulación
40
560 €
Búsqueda de
in o mación
15
140 €
P uebas
expe imen ales
100
350 €
To al
340
-
3430 €
8.4. E aluación económica global del p oyec o
La e aluación económica global del p oyec o incluye la es imación comple a de los cos es
asociados a los ma e iales, el so wa e y las ho as dedicadas al desa ollo del ae ogene ado .
Es e análisis conside a el escena io en el que la uni e sidad no hubiese p opo cionado acceso
g a ui o a so wa e o he amien as, e lejando el cos e eal que end ía el p oyec o en esas
condiciones. A con inuación, se p esen a una abla de allada.

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Tabla 7: Cos es gene ales del p oyec o.
Elemen o
Ca ego ía
Can idad
Cos e uni a io
Cos e o al
PLA (pa a
imp esión 3D)
Ma e iales
936,77 g amos
20 €/kg
18,73
Se omo o
NEMA 23
Ma e iales
1 unidad
50 €
50 €
Ven ilado FAN
MOTOR DC 12V
Ma e iales
1 unidad
30 €
30 €
Cubo pin u a
acío
Ma e iales
2 unidad
4 €
8 €
Base de made a
Ma e iales
1 unidad
8 €
8 €
Ex ensión de
cable
Ma e iales
2 me os
1,5 €
3 €
Anemóme o
Bene ech GM816
Ma e iales
1 unidad
20 €
20 €
To nillos y
ue cas
Ma e iales
1 pack
5 €
5 €
SolidWo ks
So wa e
1 unidad
4999 €/año
4999 €/año
MATLAB
So wa e
1 unidad
938 €/año
938 €/año
O ice 365
So wa e
1 unidad
69 €/año
69 €/año
C eali y P in 6.0
So wa e
1 unidad
G a is
G a is
Diseño
Desa ollo
120 ho as
14 €
700 €
Mon aje
Desa ollo
40 ho as
14 €
210 €
Realización de
p og ama
Desa ollo
25 ho as
14 €
140 €
Simulación
Desa ollo
40 ho as
14 €
560 €
Búsqueda de
in o mación
Desa ollo
15 ho as
14 €
140 €
P uebas
expe imen ales
Desa ollo
100 ho as
14 €
350 €
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To al
-
-
-
9578,73 €
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9. Análisis de Sos enibilidad e Implicaciones É icas
9.1. Impac o ambien al del uso de ma e iales y p ocesos de imp esión 3D
El impac o ambien al del p oyec o se educe al emplea exclusi amen e PLA (ácido
polilác ico) como ma e ial p incipal en la imp esión 3D de las piezas. Es e políme o, ob enido
de uen es eno ables como el maíz o la caña de azúca , es biodeg adable bajo cie as
condiciones especí icas y p esen a un impac o ambien al signi ica i amen e meno que los
plás icos con encionales.
El empleo de PLA p esen a no ables bene icios en é minos de sos enibilidad. Al se un
ma e ial de o igen eno able, su p oducción ayuda a la educción de emisiones de ca bono.
Además, du an e su ciclo de ida, el PLA p oduce menos desechos pe sis en es a lo la go de
su ciclo de ida, ya que puede descompone se en en o nos de compos aje indus ial. Es e
en oque con ibuye a minimiza la huella ambien al asociada an o a la p oducción de
ma e iales como a su disposición inal.
La imp esión 3D apo a un alo añadido a la sos enibilidad del p oyec o al posibili a una
ab icación p ecisa y e icien e, educiendo al mínimo el despe dicio de ma e ial. Pa a
po encia los bene icios ambien ales, se han op imizado pa a minimiza el uso de la can idad
de PLA u ilizado, cumpliendo con los eque imien os es uc u ales y uncionales del
ae ogene ado . Aunque el p oceso conlle a consumo ene gé ico, su impac o se minimiza
median e con igu aciones op imizadas y, cuando es posible, el uso de ene gías eno ables.
En cuan o a los ma e iales u ilizados en los ae ogene ado es e icales de mayo escala, como
las ib as de id io y las aleaciones me álicas, des acan po su esis encia y du abilidad en e
a condiciones ad e sas. Sin emba go, su p oducción iene un impac o ambien al no able,
debido a su al o consumo ene gé ico y de las di icul ades pa a su eciclaje. En compa ación,
el uso del PLA en es e p oyec o en a iza la posibilidad de inco po a ma e iales más
sos enibles en aplicaciones especí icas, omen ando un diseño más espe uoso con el medio
ambien e.
Es e p oyec o e leja como la aplicación de ma e iales eno ables y p ocesos e icien es
pueden con ibui an o a la uncionalidad del p oduc o y al mismo iempo p omo e la
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116
sos enibilidad del p og eso ecnológico. El uso de PLA esal a la capacidad de disminui el
impac o ambien al de sin a ec a el desempeño espe ado del ae ogene ado .
9.2. Con ibución del ae ogene ado a la ansición ene gé ica
El ae ogene ado se desa olla como una espues a di ec a a la necesidad global de soluciones
ene gé icas sos enibles. Ap o echa la ene gía eólica, una uen e eno able, limpia y
ampliamen e accesible, pa a apo a de mane a e ec i a a la educción de emisiones de gases
de e ec o in e nade o y omen a así el a ance hacia la independencia ene gé ica.
El concep o de ás del diseño del ae ogene ado se o ien a hacia la accesibilidad y la
e iciencia. La u ilización de ma e iales asequibles y la ab icación median e ecnologías como
la imp esión 3D lo posicionan como una solución iable pa a comunidades u ales,
ins i uciones educa i as y p oyec os de pequeña escala. Asimismo, su ins alación es
pa icula men e en ajosa, o eciendo en ajas signi ica i as en luga es con acceso limi ado
a la ed eléc ica, impulsando así una gene ación de ene gía descen alizada y local que
mejo a la calidad de ida y omen a la au osu iciencia ene gé ica.
Es e p oyec o esal a po la implemen ación de simulaciones y e aluaciones p e ias que
a inan el diseño, asegu ando un endimien o ene gé ico e icien e, mien as minimizan el uso
de ecu sos. Es e en oque pe mi e educi el impac o ambien al du an e el p oceso de
p oducción y maximiza su e ec i idad de los du an e su e apa de uso. Mas allá de su
uncionalidad, el ae ogene ado si e como un ejemplo eal de como las ecnologías
eno ables pueden adap a se a di e sas necesidades, p omo iendo una ansición cul u al
hacia un modelo ene gé ico más conscien e y sos enible.
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123
En cuan o a las he amien as de simulación, se ecomienda el uso de so wa e más p eciso y
especializado en dinámica de luidos compu acional, como OpenFOAM o ANSYS. Si bien
SolidWo ks ha demos ado se una he amien a e icaz en é minos de cla idad y p ecisión en
el modelado y análisis es uc u al, su alcance es más gene alis a. OpenFOAM y ANSYS, en
cambio, son p og amas al amen e especializados en el es udio de luidos, p opo cionando
simulaciones más de alladas y ep esen aciones más p ecisas de la u bulencia y la
in e acción del lujo con la es uc u a. No obs an e, es os p og amas p esen an una ba e a
écnica conside able, dado que equie en conocimien os a anzados en modelado numé ico
y p og amación, lo que implica un desa ío adicional en su implemen ación e ec i a.
O o aspec o c í ico iden i icado du an e las p uebas expe imen ales ue la limi ación en la
elocidad del ien o den o del únel de ien o. La po encia del en ilado u ilizado es ingió
el alcance de las p uebas a elocidades de ap oximadamen e 5 m/s, lo que impidió analiza
el compo amien o del ae ogene ado en condiciones de ien o más exigen es. Se
ecomienda la inco po ación de un en ilado de mayo po encia que pe mi a la gene ación
de lujos de ai e más in ensos, lo que posibili a ía la e aluación del endimien o del
ae ogene ado en un ango más amplio de elocidades, ace cando las condiciones
expe imen ales a las eales y mejo ando la alidez de los esul ados ob enidos.
Asimismo, se ha iden i icado la necesidad de u iliza un mo o más p eciso pa a la lec u a de
da os. El modelo empleado en es e p oyec o p esen ó una p ecisión limi ada en sus
mediciones a bajas e oluciones, o eciendo da os más es ables solo cuando supe aba las
2000 pm. Pa a u u as implemen aciones, se ía con enien e selecciona un mo o con una
mayo p ecisión en un ango más amplio de elocidades, lo que pe mi i ía ob ene
mediciones más consis en es y iables sin depende de umb ales especí icos de ope ación.
Es o con ibui ía signi ica i amen e a la mejo a de la adquisición de da os y a la e aluación
del endimien o eal del ae ogene ado en di e sas condiciones de ien o.
En conclusión, las mejo as p opues as con ibui ían signi ica i amen e a la e olución del
ae ogene ado e ical, op imizando su diseño, simulación y alidación expe imen al.
Implemen a es os cambios pe mi i á desa olla un sis ema más obus o, p eciso y e icien e,

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124
acili ando su aplicación en en o nos eales y o aleciendo su po encial como una al e na i a
iable en la gene ación de ene gía eno able a pequeña escala. Además, la in eg ación de
me odologías más a anzadas y he amien as de simulación especializadas pe mi i á alcanza
una mayo p ecisión en el análisis ae odinámico, ga an izando un diseño op imizado y
adap ado a las condiciones ope a i as espe adas.
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125
11. Ag adecimien os
La culminación de es e p oyec o ma ca un pun o cla e en mi desa ollo o ma i o, y no hab ía
sido alcanzado sin la ayuda, el acompañamien o y el es ímulo de muchas pe sonas e
ins i uciones que, de di e sas mane as, hicie on que es e abajo se ma e ializa a. Dedico
es as palab as a mani es a mi más p o undo y since o ag adecimien o a odos ellos.
En p ime luga , quie o exp esa mi econocimien o a mi uni e sidad, una ins i ución que no
solo me ha p opo cionado los conocimien os necesa ios pa a desa olla me académica y
p o esionalmen e, sino ambién las ins alaciones, los ecu sos y el ambien e necesa ios pa a
desa olla es e p oyec o. De mane a pa icula , ag adezco al Depa amen o de STL po su
comp omiso con la calidad y la in es igación, cuyo apoyo écnico y académico ha sido
in aluable du an e es e p oceso. En es e con ex o, no puedo deja sin menciona a dos
pe sonas muy impo an es, an o pa a mí como pa a el depa amen o, Rica d “Richi” y Alex
“Pas o ”, de quienes he ecibido un apoyo in aluable. Su expe iencia, disposición y
gene osidad pa a compa i sus conocimien os ue on c uciales pa a supe a los e os
écnicos más complejos.
A mi p o eso y di ec o de es e abajo, su o ien ación, sus consejos y su isión han sido
piezas cla e en el desa ollo de es e p oyec o, quie o mos a le mi más p o undo
ag adecimien o. Sus apo es me han ayudado a supe a los desa íos que su gie on, y
man ene un en oque p o esional y me iculoso a la ho a de en oca se en el abajo. G acias
a su apoyo, he log ado con e i una idea inicial en un p oyec o sólido y signi ica i o.
Me gus a ía exp esa mi especial econocimien o a Pablo, cuya base de con ol implemen ada
en MATLAB ue un pun o de pa ida cla e pa a el inicio de es e p oyec o. G acias a su abajo
p e io, y las modi icaciones ealizadas, ue posible adap a su solución a las exigencias
especí icas, alcanzando esul ados que hab ían sido di íciles de log a de o a mane a. Su
con ibución écnica y su gene osidad pa a colabo a ue on undamen ales pa a compa i
conocimien os pa a el éxi o de es e abajo.
Un ag adecimien o muy especial a mi amigo Joel, cuya p esencia no solo me acompañó en los
momen os más di íciles y en las ases más desa ian es del p oyec o, sino que ambién ue una
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uen e de mo i ación cons an e. Su apoyo incondicional me eco dó con pe se e ancia y
dedicación se pueden alcanza g andes obje i os.
Po supues o, no puedo deja de menciona a mis pad es, quienes han sido mi mayo sopo e
a lo la go de mi ida. Su amo incondicional, su espaldo con inuo y su con ianza
inqueb an able han sido esenciales pa a supe a las ad e sidades de es e camino. Es e log o
no solo me pe enece a mí, es compa ido con ellos, y les es a é siemp e ag adecido po c ee
en mí, incluso en los momen os más complicados.
Po úl imo, con un ag adecimien o igual de especial, quie o dedica es as líneas a Paula, mi
pa eja. G acias po es a siemp e a mi lado, po es a impulsándome a alcanza mis lími es a
cada momen o de es e p oceso y po apoya me en cada e apa de es e p oceso. Tus palab as
de ánimo, u paciencia y u habilidad pa a inspi a me a da lo mejo de mi ue on c uciales
pa a que es e p oyec o sea una ealidad. Es e éxi o ambién e pe enece, po que has sido mi
compañe a en cada obs áculo y en cada log o alcanzado.
A odos us edes, mi más p o undo ag adecimien o. Es e p oyec o no solo es el esul ado de
mi dedicación, sino ambién de odo el apoyo ecibido po el apoyo, la colabo ación y la
inspi ación ecibida po cada uno. La con ibución de odos ha signi icado se una pa e
esencial pa a hace posible es e abajo, y po ello, siemp e les es a é inmensamen e
ag adecido. Es e log o es an o mío como suyo, y me gus a ía dedicá selo con oda mi g a i ud
y espe o.
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13. Anexos
13.1. Anexo-A. Planos de los es modelos
13.2. Anexo-B. Tablas de simulaciones en SolidWo ks
13.3. Anexo-C. Tablas de simulaciones en Túnel de Vien o
13.4. Anexo-D. Video de simulación en Túnel de Vien o
13.5. Anexo-E. Animación