OXO - Aerogenerador

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OXO - Wind turbine
¿Qué hace?

OXO es la respuesta a la idea de desarrollar un sistema de generación de energía a través del viento. El objetivo primordial es atender las necesidades de energía en las embarcaciones participantes en la Barcelona World Race, aunque también puede ser integrado en entornos urbanos.
Se trata de un sistema de generación de energía renovable a través de un proceso innovador, seguro y eficiente.

Inspiración

El punto de referencia de este proyecto era aumentar la eficiencia energética de los actuales miniaerogeneradores; conseguir crear un sistema que pudiese captar mayor cantidad de energía del viento.
Para ello el concepto aplicado fue la canalización y concentración del viento. La energía captada del viento depende del área de captación y de la velocidad del viento, siendo esté último parámetro el más importante. OXO se centra en este concepto, la aceleración del viento dentro de su propia estructura para conseguir mayor generación de energía eólica. Lo que, dentro del nivel de desarrollo efectuado, se ha conseguido.

¿Cómo funciona?

Se muestran a continuación las principales características diferenciadoras; si bien hay múltipes se enumeran las más singulares y distintivas:

CAPTACIÓN Y CANALIZACIÓN DEL AIRE
El aire es recogido en la parte superior mediante una ranura de captación perimetral, tras ello es conducido hacia la parte inferior.

CONCENTRACIÓN DE CAUDAL
En la parte media se encuentra un cono conductor, su función es concentrar el caudal de aire provocando una aceleración en el mismo.

SISTEMA DE ORIENTACIÓN
Un sistema conjunto de cojinetes de POM y tornillería especialmente diseñado permite la rotación del aerogenerador 360º.

SIN ASPAS
El elemento más peligroso de un aerogenerador son los álabes, este sistema logra que desaparezcan de la vista, así el riesgo es nulo.

PRODUCCIÓN ENERGÉTICA - 289,68 W/Día
289,68 W/día es la producción energética del miniaerogenerador, lo que supone un 26,85% del consumo diario de la embarcación. Se obtiene un sistema con mayor eficiencia energética.

Etapas del desarrollo

INTRODUCCIÓN

El briefing planteado para el desarrollo de este proyecto podría resumirse en una frase como el título de este proyecto algo más ampliada; “ diseño y desarrollo de un sistema de energía mini eólica para un barco Open 60 de la clase IMOCA, con el que se participa en la Barcelona World Race, regata de vuelta al mundo con dos tripulantes ”. Aunque pueda ser sintetizado de forma tan escueta contiene multitud de pequeños puntos y matices.

El diseño y desarrollo de un sistema de energía minieólica contiene básicamente tres puntos:

- El mini aerogenerador
- El soporte
- El sistema eléctrico


FASE DE INVESTIGACIÓN

La investigación ha sido dividida en dos apartados, claramente separados y con temáticas diferentes.

El primer apartado ha sido desarrollado bajo la premisa de poder tener una idea básica de los conocimientos necesarios para poder desarrollar correctamente este proyecto.
Dentro de este se trataron temas como: el usuario, el entorno, estudio del viento, eólica y minieólica, tipologías de miniaerogeneradores, Imoca Open 60, soportes, sistemas eléctricos, materiales, aerodinámica, avances tecnológicos y biomimética.

Tras el desarrollo de la primera fase de se concluyó que era necesario proseguir, ampliando la fase de investigación. Esta ampliación pretendió profundizar en conceptos no tan relacionados con la náutica pero que si guardan una estrecha relación con el proyecto.
Los conceptos estudiados en esta segunda fase fueron: aspas asimétricas, turbinas, alas de avión - vuelo, perfiles Naca, turbinas, fluidos en movimiento, principio de Bernoulli y ecuación de continuidad.


PROBLEMÁTICAS Y NECESIDADES

La fase anterior de investigación resulta fundamental para realizar la presente detección de problemáticas y necesidades de forma eficaz.

- Alto rendimiento
- Accesibilidad
- Almacenamiento de energía
- Alta fiabilidad
- Ligereza
- Captación de rangos amplios de vientos
- Mantenimiento mínimo
- Simplicidad
- Resistencia al medio marino
- Seguridad
- Mínima ocupación del espacio
- Bajos niveles de ruido y vibraciones.


IDEAS INICIALES

Si bien las primeras ideas surgen de forma casi espontánea se desarrolló esta segunda fase a fin de ampliar conocimientos y poder acotar mejor todo el proceso creativo dentro de unas alternativas viables.


PROPUESTA

El objetivo es la conducción del aire desde el contorno de captación hasta el mástil, en cuyo interior se encuentran los álabes.

Las implementaciones conseguidas se pueden resumir en:

- Mayor captación del viento, mayor eficiencia.
- Seguridad, aspas no visibles.
- Posible hibridación.
- Superficie para publicidad.
- Simplicidad formal.
- El espacio queda contenido.
- Simplicidad formal.
- Contención del sonido.
- Mayor fiabilidad, al estar escondidos los elementos es menos probable que resulten dañados


FASE DE DISEÑO

Se realizó un dimensionamiento formal, que duró buena parte de todo el desarrollo; implementando mejoras, modificaciones, adaptaciones,...

El primer paso fue realizar simulaciones de fluidos previas mediante software. El objetivo fue, simulando un túnel de viento ver que formas se comportaban mejor a la hora de canalizar el aire.
Tras múltiples estudios se seleccionaron las formas más óptimas para realizar prototipos mediante impresión 3D y posteriormente llevar a cabo ensayos prácticos sobre estos modelos. Con ellos se acabó de determinar formas y dimensiones geométricas óptimas para la correcta concentración, canalización y máximo aprovechamiento de la energía del viento.


DESARROLLO

El desarrollo es el punto clave del proyecto, sin embargo por extensión se realizará una breve enumeración de los puntos que contiene. Esto es así debido a que sería muy extenso, no obstante cabe destacar que todos los apartados contienen una justificación ya sea teórica o mediante los correspondientes cálculos.
Los apartados son los siguientes:

- Dimensionamiento: dimensiones generales del producto para la producción energética requerida.
- Escandallo: enumeración de todos los componentes.
- Secuencia de montaje: especificaciones del proceso de instalación.
- Selección de materiales: búsqueda de los materiales más óptimos para cada función.
- Simulación de fluidos: simulación final de fluidos para comprobar la mayor eficiencia del sistema.
- Cálculos estructurales: necesarios para comprobar el correcto dimensionamiento y resistencia de la estructura.
- Mecanismo de orientación: era imprescindible, ya que un aerogenerador deber ser autoorientable hacía el sentido en que sopla el viento.
- Hermeticidad: diseño de un sistema que obtenga la hermeticidad requerida por algunos componentes.
- Sistema eléctrico: dimensionamiento de todo el sistema eléctrico así como de las baterías necesarias para poder obtener autonomía.
- Presupuesto: incluye un presupuesto concreto de todos los componentes y procesos de cada uno, así como de cada subconjunto y el conjunto final.

Awards

Mejor Trabajo Final de Grado - Categoría de Diseño de Producto; ELISAVA. 2014