Diseño de un control pitch para una turbina eólica

IntegrantesMartha Patricia Forero CarrilloLuisa Fernanda Pinto Vásquez

Cristian Leonardo Herrera Acosta

Objetivo general

Diseñar un sistema de control Pitch ( control de posición ) para una turbina eólica de eje horizontal a escala.

Objetivos específicos

• Diseñar un sistema electromecánico que permita modificar el ángulo de ataque de los álabes de la turbina con respecto al viento.

• Diseñar los circuitos de acondicionamiento para los sensores y de accionamiento para los actuadores.• Identificar el modelo matemático del sistema.• Diseñar un controlador digital para garantizar a la salida un

nivel estándar de voltaje constante.

Descripción del proceso

A través del control pitch, los álabes pueden girar con respecto a su eje, esto provoca una variación de la fuerza ejercida por el viento sobre el eje del rotor, este tipo de control tiene como ventaja: buen control sobre el voltaje generado, arranque asistido y parada de emergencia. A altas velocidades de viento, el control pitch puede ser usado para mantener un tope en la potencia generada por la turbina, y evitar daños a la misma.

Diagrama de bloques

Instrumentos y actuadores

sensoresSe monitoreará la velocidad del viento con un anemómetro.

Actuador El servomotor hs-485hb

Sistema de control: + ancho de pulso de control 1500usec NeutralPulso requerido: 3-5 voltios pico a pico de onda cuadradaTensión de funcionamiento: 4,8 a 6,0 voltiosRango de temperatura de funcionamiento: -20 a +60 grados CVelocidad de funcionamiento (4.8V): 0.22sec/60 ° sin cargaVelocidad de funcionamiento (6.0V): 0.18sec/60 ° sin cargaTorsión de la parada (4.8V): 66.6 oz / in. (4.8kg.cm)Torsión de la parada (6.0V): 83.3 oz / in. (6.0kg.cm)Ángulo de funcionamiento: 45 Grados. un pulso lado viajar 400usec

Diseño mecánico

Rendimiento eléctrico, se estima un rendimiento del 90%. Pérdidas del rotor, del generador. 

Rendimiento mecánico, se estima un rendimiento del 80%.Pérdidas del multiplicador, fricción. 

Rendimiento aerodinámico máximo. 

(obtenido por graficas)

Rendimiento nominal o total. 

 

Se tomaron los siguientes datos experimentales:Velocidad de entrada del viento(V1): aprox 6.64 m/sVelocidd de salida del viento(V2): aprox 0.8m/sVelocidad necesaria en el aerogenerador: 4.47 m/s

 

                    

U=(1-a)V0a=0.32

TT=24.62N=2.51Kgf

       Presión que ejerce el viento a 4.47 m/s                 Fuerza ejercida por el viento sobre los álabes [N]

𝑭𝒂=𝟏𝟐 .𝟔𝟕𝑵=𝟏 .𝟐𝟗𝑲𝒈

𝑺𝒊𝒎𝒖𝒍𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏𝑭𝒖𝒆𝒓𝒛𝒂𝒔

𝑺𝒊𝒎𝒖𝒍𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏𝒅𝒆𝒑𝒓𝒆𝒔𝒊𝒐𝒏𝒆𝒔

𝑺𝒊𝒎𝒖𝒍𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝒇𝒖𝒆𝒓𝒛𝒂𝒔

𝑪𝒆𝒏𝒕𝒓𝒐 𝒅𝒆𝒎𝒂𝒔𝒂𝒆 𝒊𝒏𝒆𝒓𝒄𝒊𝒂

𝑪𝒆𝒏𝒕𝒓𝒐 𝒅𝒆𝒎𝒂𝒔𝒂𝒆 𝒊𝒏𝒆𝒓𝒄𝒊𝒂

𝑪𝒊𝒓𝒄𝒖𝒊𝒕𝒐 𝑨𝒓𝒅𝒖𝒊𝒏𝒐

A = .780” (19.82mm)B = .547” (13.9mm)C = 1.352” (34.35mm)D = .394” (10mm)E = .394” (10mm)F = 1.181” (30mm)G = .472” (12mm)H = 1.102” (28mm)J = 2.09” (53.1mm)K = .384” (9.75mm)L = .174” (4.42mm)M = 1.575” (40mm)X = .126” (3.2mm)

 

𝑺𝒆𝒓𝒗𝒐𝒎𝒐𝒕𝒐𝒓

Modelo estático

conclusiones• El sistema de control pitch individual es mejor que un sistema de control pitch

planetario, ya que ofrece más seguridad al sistema, si el control para un álabe falla, estarán los otros dos para compensar esa pérdida.

• La generación de potencia es directamente proporcional a la velocidad de giro del rotor, y utilizando un control pitch se regula la velocidad de giro del rotor, que incide directamente en la potencia generada.

• La ubicación de la antena del módulo de recepción de datos ubicada en el buje del aerogenerador debe estar lo más centrada posible con respecto al eje de giro del buje, esto con el fin que ésta gire sobre su propio eje y evitar pérdidas de datos.

• Para una correcta regulación del ángulo de paso es necesario censar la potencia generada en tiempo real.

• Para este sistema se planteó que el voltaje a regular sea 4 Volts, ya que un voltaje más alto no podrá ser leído por el Arduino, e incluso podría llegar a activar el freno mecánico con el que cuenta el aerogenerador.

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bibliografía

http://www.superrobotica.com/servos.htm• • http://www.enernaval.es/PDF/Aerogeneradores.pdf• • http://www.opex-energy.com/eolica/principio_de_funcionamiento.html#6._OT

ROS_METODOS_DE_CONTROL_DE_POTENCIA• • http://maquetasenpapel.mforos.com/1305366/9157135-aerogenerador-eolico

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_Parte_1.pdf• • http://www.iie.org.mx/proyectoMEM/docpdf/tecnologia_eolica.pdf