Diseño de un aerogenerador de eje vertical mixto de 0.5 Kw para incrementar el tiempo de abastecimiento de energía eléctrica a viviendas unifamiliares en zonas rurales

Abstract

En las zonas rurales, el acceso a la energía eléctrica es limitado debido a la falta de infraestructura y a la dependencia de fuentes de energía poco eficientes. En este contexto, la presente investigación tuvo como objetivo diseñar un aerogenerador de eje vertical mixto tipo Darrieus-Savonius para incrementar el tiempo de abastecimiento de energía eléctrica en viviendas unifamiliares en la ciudad de Piura. Para ello, se realizó una evaluación de la velocidad del viento en la zona del proyecto, utilizando anemómetros, veletas y datos históricos, determinando un promedio de 4 m/s a lo largo del año. Con base en esta información, se dimensionó un aerogenerador capaz de generar 0.5 kW de potencia, asegurando un suministro continuo sin necesidad de baterías, lo que optimiza costos y espacio. Mediante simulaciones en SolidWorks, se obtuvo la curva de eficiencia en función del coeficiente de velocidad de punta (TSR), evidenciando un buen rendimiento tanto en bajas como en altas velocidades dentro del rango de 4.019 m/s a 6 m/s. Además, se confirmó que el aerogenerador es capaz de operar de manera continua, garantizando el abastecimiento energético en viviendas rurales. Los resultados obtenidos demuestran que el diseño propuesto cumple con la hipótesis del estudio, asegurando un suministro eléctrico eficiente y sostenible. La eliminación del uso de baterías debido a la constancia del viento representa una ventaja significativa en términos económicos y operativos, facilitando la implementación del sistema en comunidades rurales con recursos limitados. De esta manera, el aerogenerador mixto Darrieus-Savonius se presenta como una alternativa viable para mejorar el acceso a la energía en zonas rurales, contribuyendo al desarrollo sostenible y la mejora en la calidad de vida de sus habitantes.

In rural areas, access to electricity is limited due to a lack of infrastructure and dependence on inefficient energy sources. In this context, the present research aimed to design a mixed vertical-axis wind turbine of the Darrieus-Savonius type to increase the electricity supply time for single-family homes in the city of Piura. To achieve this, a wind speed assessment was conducted using anemometers, weathervanes, and historical data, determining an average wind speed of 4 m/s throughout the year. Based on this information, a wind turbine was dimensioned to generate 0.5 kW of power, ensuring a continuous supply without the need for batteries, thereby optimizing costs and space. Through simulations in SolidWorks, the efficiency curve as a function of the tip speed ratio (TSR) was obtained, demonstrating good performance at both low and high speeds within the range of 4.019 m/s to 6 m/s. Additionally, it was confirmed that the wind turbine operates continuously, guaranteeing a stable energy supply for rural households. The results show that the proposed design meets the study's hypothesis, ensuring an efficient and sustainable electricity supply. The elimination of battery usage due to the consistency of wind speeds presents a significant advantage in economic and operational terms, facilitating system implementation in rural communities with limited resources. Thus, the mixed Darrieus-Savonius wind turbine emerges as a viable alternative to improve energy access in rural areas, contributing to sustainable development and improving the quality of life of its inhabitants.