Comparación de las eficiencias en un aerogenerador de eje vertical helicoidal al ser fabricado mediante diferentes configuraciones en parámetros de impresión 3D - Serrano López, Jose Pablo 1995-; Ferreto Brenes, Sergio 1976- ([San José, Costa Rica], 2024)
El Trabajo Final de Graduación analiza el rendimiento de varios prototipos de aerogeneradores de eje vertical tipo helicoidal, fabricados mediante impresión 3D. Estos prototipos, con geometrías similares, se sometieron a pruebas en un túnel de viento. Se seleccionaron parámetros geométricos basados en trabajos anteriores, incluyendo una altura de 15 cm, un radio de 7 cm, un ángulo de hélice de 60° y un perfil alar NACA0025.Se variaron dos parámetros de impresión: calidad (0,12 mm, 0,20 mm, 0,28 mm) y densidad de relleno (10%, 20%, 30%). Se estableció una matriz de rotores para pruebas, asignándoles valores de calidad y densidad de relleno. Se desarrolló un banco de pruebas y un sistema de transmisión por engranajes. Durante las pruebas en el túnel de viento, se registraron velocidades angulares (RPM) para cada rotor, mostrando diferencias entre las mediciones. Tras analizar los resultados, se determinó que el Rotor 5, con calidad de impresión de 0,2 mm y densidad de relleno del 20%, tuvo el mejor desempeño, alcanzando 128,9 RPM en promedio. Por otro lado, el Rotor 2 con calidad de impresión de 0,2 mm y densidad de relleno del 10%, tuvo el rendimiento más bajo, con un promedio de 80,6 RPM. Se concluyó que una densidad de relleno del 20% produjo los mejores resultados, ya que los rotores con esta configuración alcanzaron las RPM más altas. En cuanto a la calidad de impresión, no se encontraron correlaciones que afectaran el desempeño de los rotores. Se recomienda una densidad de relleno del 20% para aerogeneradores fabricados por impresión 3D.
The Final Graduation Project presents the performance determination of various prototypes of helical-type vertical axis wind turbines when subjected to tests in a wind tunnel. These were constructed using 3D printing techniques via filament deposition. A comparative study was conducted among the different prototypes to be developed, all sharing a common geometry selected based on geometric parameters from previous works. This geometric model includes a height of 15 cm, a radius of 7 cm, a helix angle of 60°, and a NACA0025 airfoil profile. Only two printing parameters were varied: printing quality (0,12 mm, 0,20 mm, and 0,28 mm) along with print density (10%, 20%, and 30%). A matrix of rotors was established for study, with each assigned a quality and infill density value in its printing for testing purposes. Additionally, a testing bench was designed for measurement collection and a transmission system was implemented using gears. During the wind tunnel tests, angular velocity (RPM) values were obtained for each rotor, revealing differences among their measurements. Upon analyzing the results, it was determined that the rotor labeled Rotor 5, with a printing quality configuration of 0,2 mm and a fill density of 20%, exhibited the best performance, averaging 128,9 RPM. Conversely, Rotor 2, with a printing quality of 0,2 mm and a fill density of 10%, showed the lowest average performance at 80,6 RPM. At the conclusion of the study, it was found that a fill density of 20% yielded the best results, as all three rotors with this configuration (Rotor 5, Rotor 6, and Rotor 4) achieved the highest RPM values. As for printing quality, no correlation affecting rotor performance was identified. Thus, it is recommended to use a fill density of 20% for 3D-printed wind turbines.
Proyecto de graduación (licenciatura en ingeniería mecánica)--Universidad de Costa Rica. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Mecánica, 2024
Keywords: TURBINAS DE AIRE -- FABRICACION; IMPRESION TRIDIMENSIONAL; PROTOTIPOS -- PRUEBAS