Tema: Ingeniería sostenible

El desarrollo tecnológico actual de la humanidad requiere el consumo de grandes cantidades de energía para su suplir sus necesidades. Esto ha derivado en el agotamiento de las reservas energéticas y en la dependencia de la incineración de combustibles fósiles, lo que ha traído algunos impactos negativos como el desarrollo de enfermedades y graves problemas ambientales. Como respuesta a dichos problemas, la búsqueda de fuentes sostenibles de energía es un tema de investigación fundamental y estratégico en la actualidad. En este sentido, el recurso eólico, aprovechado mediante la generación de energía usando turbinas es uno de los campos más prometedores.

En el contexto colombiano, el acceso a la energía eléctrica es aún una necesidad fundamental por resolver. La gran cantidad de zonas no interconectadas a lo largo del territorio y la dificultad de proponer soluciones sostenibles y amigables con el medio ambiente, constituyen un reto para incluir dichos lugares apartados en el corto plazo en el sistema interconectado nacional a través del uso de tecnologías alternativas a las fuentes usadas actualmente. De acuerdo con lo anterior, el diseño de turbinas eólicas que permitan aprovechar los regímenes de viento disponibles en estas zonas, es un tema de investigación de interés cuyos resultados pueden mejorar la calidad de vida en estas poblaciones.

Dentro de las posibles soluciones se destacan, las turbinas eólicas de eje vertical por su capacidad de aprovechar regímenes de viento de baja velocidad, como los encontrados a lo largo del territorio colombiano. Sin embargo, su desarrollo y adaptación a condiciones específicas aún es tema que requiere ser investigado. Una de las líneas de interés que debe ser desarrollada, es el diseño de nuevos rotores y optimización de sus parámetros geométricos que permitan la obtención de nuevos modelos, que sean eficientes a velocidades de viento bajas.

En este trabajo, se presenta el proceso de diseño e instalación de un banco de pruebas en techo para caracterizar el desempeño de tres turbinas eólicas de eje vertical en funcionamiento continuo bajo condiciones atmosféricas reales. Durante el diseño estructural del banco se analizaron las cargas a las que se somete la estructura por efecto de las fuerzas del viento en condiciones de operación normales y extremas. Adicionalmente, se diseñó el sistema eléctrico del banco, fundamental para la caracterización del desempeño de las turbinas. Este sistema eléctrico se diseñó con requerimientos de reducción de pérdidas eléctricas, la instalación de sensores y la protección de los elementos electrónicos contra condiciones ambientales.

El diseño propuesto de banco de pruebas se construyó e instaló en la terraza del edificio de laboratorios en la Escuela Colombiana de Ingeniería “Julio Garavito”.En el banco de pruebas se pueden medir la energía eléctrica generada por las turbinas y su velocidad de rotación. Datos, que en combinación con mediciones de velocidad de viento adquiridos mediante una estación meteorológica, constituyen el insumo para la caracterización del desempeño y eficiencia de turbinas eólicas de eje vertical.