Se construyó un túnel de viento, capaz de medir fuerzas de sustentación y arrastre.

Los estudiantes que realizaron el diseño y construcción inicial fueron:

• Emanuel Fallas Hernández
• Marco Zúñiga Pepper
• Edward Gómez Chaves
• Christopher Arrieta Sánchez
• Fernando Umaña Monge
• Juan Carlos Rodriguez Rufino
• Samuel Murillo Rodríguez
• Josimark Soto Fallas

Luego de la pandemia, se ha retomado labores principalmente por parte del profesor Maximino Jimenez Ceciliano y el equipo de estudiantes de AeroTEC.

A continuación, se presenta una lista de las labores que se están realizando desde el segundo semestre 2021, estas son tareas de mejora del túnel que permitirán la mejor utilización de este:

· Completado: Aislamiento de la balanza de mediciones. Se separó estructuralmente la montadura de la balanza con el fin de reducir el ruido en las mediciones producto de las vibraciones que genera el motor. De esta forma, en la balanza se puede medir solamente el efecto del viento sobre la característica que se está midiendo.

· Completado:  Se instaló un variador de frecuencia en el túnel con el cual es posible controlar la velocidad del viento que produce.  Así, resulta posible la realización de experimentos bajo diferentes condiciones de velocidad. 

· Se debe generar y pegar un rótulo con las medidas de seguridad a tomar para el uso del túnel. Estas medidas son acciones como:  Revisar que no haya ningún obstáculo en la descarga del túnel, revisión visual de que las partes eléctricas no estén comprometidas y revisar que el túnel esté en posición “off” antes de conectarlo.

· Crear una caja que se encuentre debajo de la salida del túnel donde sea posible guardar el cable del túnel bajo llave.

· Bajo las medidas de seguridad, es muy importante la compra e instalación de un botón de apagado de emergencia del túnel. El mismo debe ser capaz de soportar una potencia de medio caballo, la cual corresponde a la energía necesaria para prender el túnel.

· Con ayuda del profesor Julio Rojas, terminar tubos de cobre en el taller para crear un nuevo rectificador de aire. Este nuevo rectificador apunta a reducir la turbulencia del aire que ingresa a la cámara de pruebas, obteniendo un flujo más laminar dentro del túnel y por ende, más predecible.

· Instalar un sedazo en la cámara del rectificador para mejorar el flujo, esto con la esperanza de mejorar la uniformadidad del flujo.

· Con ayuda del profesor Max se quiere instalar tubos de Pitot dentro de la cámara de pruebas para poder cuantificar cambios en la presión del aire.

· Darle mantenimiento básico como pintarlo.

· Realizar experimentos con los tubos de Pitot y anemómetros disponibles para caracterizar el equipo disponible.

Agradecimientos

Se quiere hacer un agradecimiento especial a Danilo Solano Martínez, técnico del Taller de Diseño Industrial del TEC por sus aportes y cooperación con todos los temas del túnel de viento.

Se pretende construir una turbina eólica de eje vertical a partir de materiales reciclados y de bajo costo para ser usada en experimentación de futuros proyectos de LIENE. Siguiente esta idea: 

https://observers.france24.com/en/20151113-how-build-home-wind-turbine-3...

https://www.fastcompany.com/3029746/a-diy-home-wind-turbine-for-just-30-...

Etapa de planeamiento:

Metodología:

Construir una turbina eólica vertical a pequeña escala, iniciando con la generación de planos y moldes para la construcción de las aspas. Por otra parte, también se especifica el diseño de la estructura base en la que estará soportada la turbina. Posteriormente, se diseña el sistema de transmisión y el de conversión eléctrica para una generación de tipo aislada.

De la etapa de diseño se procede a determinar los materiales adecuados para lograr un bajo costo, cumpliendo a la vez con los requerimientos de estabilidad mecánica, peso y rigidez. Una vez seleccionados los materiales se da inicio con la etapa de construcción y ensamblaje de partes.

Resultados esperados:

Una vez construida la turbina, se valida su correcto funcionamiento a nivel aerodinámico y de generación eléctrica aislada. La validación se realizará mediante pruebas de desempeño en diferentes zonas del TEC.

Etapa de construcción: (actualizado el 11/10/21)

A la fecha, 11/10/21 se  ha decidido que las aspas de la turbina estarán hechas de aluminio casi en su totalidad. Para permitir el giro de las aspas se utilizará un aro de bicicleta reciclado y el sistema de transmisión de la energía se daría por medio de una polea. Además, ya se tiene generado un modelo CAD con las dimensiones específicas de la turbina. 

Actualmente se encuentran separadas las turbinas del aro. También, se tiene planeado probar la turbina en la escuela de Ingeniería en Mantenimiento Industrial.

Sobre las dificultades que se han presentado en la elaboración del proyecto, se puede mencionar que el trabajo con aluminio es un poco difícil, puesto que existe siempre la posibilidad de cortarse. Otra dificultad ha sido que no se ha podido probar un generador, pues para hacer girar el eje se necesita un dado que se ajuste al tamaño de la tuerca del eje.

Se pretende determinar las características óptimas de un perfil aerodinámico para una turbina eólica de eje horizontal, mediante simulación numérica y experimentos en túnel de viento, para aplicaciones en zonas boscosas, de bajo potencial eólico y de pequeña escala.

OBJETIVOS

• Caracterizar el recurso eólico en regiones boscosas en Costa Rica.
• Modelar el comportamiento característico de la influencia del suelo sobre el viento.
• Definir el perfil aerodinámico o la combinación de perfiles existentes que captura mayor cantidad de energía para las condiciones de estudio.

METODOLOGÍA

Se recopilará y analizará información acerca del recurso eólico, tanto por medios experimentales como investigativos en el campus y a nivel nacional. Acto seguido y mediante el software Matlab, se pretende desarrollar un algoritmo computacional con el cual se podrá caracterizar la influencia del suelo en el aire en regiones boscosas; donde, por medio de los resultados de la experimentación en regiones boscosas, se definirá un perfil o la combinación de estos, que capturen la mayor cantidad de energía para las condiciones de estudio.

RESULTADOS ESPERADOS

Generar conocimiento para un aprovechamiento práctico del recurso eólico en zonas alejadas de centros urbanos. Posterior, este conocimiento será empleado en la construcción de turbinas de pequeña escala que se comporten y se adopten de manera óptima en regiones boscosas

Resultados hasta el 22/06/22

Actualmente, se cuenta con la turbina con capacidad de producir 500 W de potencia. Se debe terminar de realizar la configuración técnica de la turbina y probarla hasta que sea posible conseguir los resultados esperados. Con la configuración actual, la turbina está siendo capaz de generar menos de 1% de su potencia total objetivo.

Adicionalmente, se desea generar un estudio técnico de las especificaciones técnicas de la turbina, como generar una gráfica del coeficiente de potencia vs el TSR (Tip speed ratio). Este último cuantifica la relación de velocidades entre el aire incidente en la turbina contra la velocidad angular de giro de esta.

El proyecto está en etapa de prueba, actualmente es necesario realizar mediciones con la metodología experimental desarrollada:  colocar dos resistencias en serie y mediante multímetros medir la diferencia de potencial de la corriente directa generada por la turbina (luego de haber utilizado un rectificador de corriente) y la intensidad de la corriente en sí. También, mediante un estroboscopio se pretende medir la velocidad angular de giro de la turbina para obtener el TSR.  

Proyecto de turbina a pequeña escala

El estudiante Carlos Echandi-Jara de la carrera de ingeniería en Mecatrónica se encuentra generando un proyecto de crear una pequeña turbina eólica. A la fecha del 11 de octubre del 2021 se han definido una serie de parámetros, como lo sería el diámetro de la turbina a utilizar, el perfil aerodinámico y la altura de la turbina. A continuación se presentan las especificaciones técnicas determinadas hasta el momento:

· Diámetro: 26 cm

· Altura: 34 cm

· Perfil aerodinámico: AH 93-W-145, el cual se obtuvo de la página: http://airfoiltool.com

Con estas especificaciones se generó un modelo CAD, como se muestra al final.

El proyecto se encuentra en proceso y quedan algunas tareas por hacer, como sería:

· Buscar modelos similares en el internet.

· Investigar bibliografía relacionada.

· Probar el sensor Hall.

Comenzar con la construcción de la turbina propiamente.

Publicaciones realizadas: 

A continuación se presentan publicaciones realizadas por los investigadores del laboratorio sobre turbinas de pequeñas escalas: 

• Simulación del desempeño de tres perfiles aerodinámicos en flujo turbulento (Montenegro-Montero y Richmond-Navarro, 2021).
• Efecto de un difusor tipo wind lens en flujo turbulento (Richmond-Navarro et al., 2021)
• Shrouded wind turbine performance in yawed turbulent flow conditions (Richmond-Navarro et al., 2022).

Referencias

Montenegro-Montero, M., & Richmond-Navarro, G. (2021). Simulación del desempeño de tres perfiles aerodinámicos en flujo turbulento.

Richmond-Navarro, G., Casanova-Treto, P., & Hernández-Castro, F. Efecto de un difusor tipo wind lens en flujo turbulento. Uniciencia [online]. 2021, vol. 35, n. 2.

Richmond-Navarro, G., Uchida, T., & Calderón-Muñoz, W. R. (2022). Shrouded wind turbine performance in yawed turbulent flow conditions. Wind Engineering, 46(2), 518-528.

Desarrollo de un biomaterial compuesto por una aleación nanoestructurada de titanio y un recubrimiento biofuncionalizado par aplicación en dispositivos médicos implantables.

Correo: jeimygonz@gmail.com

Resumen de Propuesta Doctoral

Se ha demostrado mejoras sustanciales tanto en las propiedades mecánicas, como en la tasa de adhesión de tejidos y la respuesta biológica de los materiales metálicos nanoestructurados por medio de procesos de Deformación Plástica Severa (SPD, por sus siglas en inglés), lo cual presenta un gran potencial para su aplicación en dispositivos médicos implantables. Es por esta razón que en el presente proyecto de doctorado se plantea una estrategia novedosa en la que se va a combinar la Deformación Plástica Severa de aleaciones biomédicas de titanio, con diversos recubrimientos compuestos por materiales cerámicos, biopolímeros; y posteriormente se estudiarán propiedades de biocompatibilidad de los mismos, en cultivos in vitro.

Las mejoras en propiedades al nanoestructurar el material, permiten la eliminación de elementos tóxicos utilizados actualmente en aleaciones comerciales de titanio, tales como el vanadio. Además, se espera probar otras aleaciones utilizando elementos vitales como hierro y niobio. Adicionalmente, se ha comprobado que al modificar la superficie inerte del metal con la deposición de recubrimientos que incorporan elementos osteoconductores y osteo-generadores se mejora la integración con los tejidos; y que el uso de biomoléculas como factores de crecimiento, antibióticos, analgésicos, etc. Ha abierto una nueva gama de posibilidades generando recubrimientos que emulan señales y estructuras similares a las del cuerpo. De esta manera en este proyecto se pretende producir un biomaterial compuesto por una aleación de titanio nanoestructurada y un recubrimiento biofuncionalizado para su posible aplicación en la industria biomédica. Estas actividades se llevarán a cabo en el Centro de Investigación y Extensión en Materiales (CIEMTEC) principalmente. El material será evaluado por ensayos in vitro en colaboración con el Centro de Investigación en Biotecnología.
 

Proyecto de grado para el Doctorado Académico en Ingeniería TEC-UCR.