Construcción Sujeciones - Rib Construction

Se construyeron las sujeciones para las palas y todas las partes que ello implica. Se trabajaron los tubos doblados y rectos de 2" para conseguir "bocas de pescado" en los extremos, para así poder soldar estos tubos a las abrazaderas que los unen. Se fabricaron también las abrazaderas: se cortaron los trozos de tubos, se fresaron las ranuras; se cortaron trozos de pletinas, se perforaron y, finalmente, se soldaron los conjuntos. Satisfechos con los resultados.

Hasta el próximo post!

//English
The ribs that hold the scoops in place were built: the "fish mouths" were cut out of the 2" tubes; the clamps that hold everything together were also built: the tubes were cut, the grooves were milled, and the part where the bolts go were cut and drilled. After everything was welded. Satisfied with the results.
Until next post!

Llegaron las piezas de la Tornería! - More parts have arrived!

Algunas de las piezas más complicadas de construir y mecanizar, especialmente las que requieren precisión, fueron enviadas a fabricar en una tornería externa, y debemos admitir que nos ha encantado el resultado!

La piezas son básicamente las que deben alojar a los rodamientos y algunas que van colocadas en la parte rotativa del aerogenerador.

Some of the most difficult parts to build and machine, especially those that need precision work, were sent to be made in an external workshop, and we must admit that we are very happy with the results!

The parts made were basically the bearing housings and other parts that are mounted on the moving assembly of the wind turbine.

Resultados Túnel de Viento - Wind Tunnel Results

Durante el año se realizaron una serie de pruebas en el túnel de viento, con el fin de determinar un parámetro de diseño bastante importante: el traslape de la palas, es decir, el cociente e/d óptimo para un Savonius Helicoidal. En Savonius Tradicionales, se suele considerar un valor de 1/6 como el más eficiente , aunque el rango suele variar desde 1/3 hasta 1/6 [Increase in the Savonius Rotor’s Efficiency via a Parametric Investigation.  Jean-Luc Menet, Nachida Bourabaa, Université de Valenciennes].

Es por ello que se construyeron modelos de Savonius Helicoidales con diversos traslapes, para su prueba en el túnel.

Para medir la potencia generada por los modelos se midió el torque máximo que imprimía la turbina a su eje de rotacióna a una determinada velocidad de viento, mientras que simultáneamente se registraron las RPM a las que giraba. Así, torque*RPM, con las respectivas conversiones de unidades, nos entregaron potencia en Watts, lo que fue comparado con la potencia del flujo de aire que pasaba por la sección del rotor: 

P= 0.5*ρ*A*v^3

Siendo ρ la densidad del aire, v la velocidad del viento y A el área del modelo que enfrenta al viento. 

Las mediciones en el túnel tuvieron una función meramente comparativa, debido a diversas razones:

-La sección transversal del túnel es de sólo 0.25*0.35=0.0875 [m^2], por lo cual los modelos podían tener como máximo las medidas que aparecen en la imagen de la derecha, cuya área corresponde al 25% de la sección del túnel. Esto se hace para minimizar el efecto de blockage. Esto significa que los modelos eran muy pequeños y por lo tanto fue difícil obtener mediciones en extremo precisas. 

-Instalar un sistema de alta precisión requería de tiempo y dinero no disponibles.

-El objetivo de las mediciones en el túnel son sólo guiar el diseño hacia un traslape en específico, el cual podrá ser variado en el prototipo final.

Entonces, la tarea de obtener los coeficientes de potencia con los distintos traslapes quedará para el momento en que se instale la turbina, para ser evaluados en condiciones reales.

El análisis de los resultados dio el siguiente veredicto: el coeficiente de potencia para los modelos de 1/6, 1/5 y 1/4  es muy parecido, sin embargo, el modelo de 1/5 presentó valores un poco más altos y a TSR (Tip Speed Ratio, [velocidad del elemento más alejado del eje de rotación/velocidad del viento]) más bajas.  En cuanto al torque estático, el de 1/5 tuvo nuevamente mejores resultados que los demás modelos, lo que nos lleva a afirmar, en una primera instancia, que para un Savonius Helicoidal el mejor valor de traslape es 1/5.

Sin embargo, estos resultados serán verificados en el prototipo en terreno, que es donde realmente importa.

Construcción - Construction

Hemos estado trabajando duro en el proceso constructivo del aerogenerador, fabricando las sujeciones para las palas, los ejes, algunas piezas de fácil mecanizado y algunos trabajos en soldadura. Las piezas que requerien mecanizados más complejos se están realizando en maestranzas especializadas en trabajos de precisión, ya que algunas de ellas deben alojar rodamientos y deben quedar perfectamente alineadas, para evitar desbalanceos mayores en el eje.

El principal problema encontrado a la hora de fabricar el molino ha sido la dificultad para encontrar los materiales constructivos de partes como los ejes fijos y rotores. Aún cuando se fabrican en una gran variedad de dimensiones, las que mejor se ajustaban al diseño eran muy difíciles de encontrar o simplemente no se comercializan más en nuestra zona. Al intentar diseñar y fabricar este aerogenerador de tal modo que resulte más asequible que otros sistemas ya existentes, y teniendo en cuenta que los materiales que lo componen deben ser fáciles tanto de trabajar como de encontrar en el mercado, nuestro diseño tuvo que ser modificado bastante conforme avanzó el año.

En algunos puntos no se puede escatimar demasiado en gastos, como en la elección de rodamientos y demás elementos de precisión.

Aquí van algunas fotos del proceso constructivo, seguiremos informándoles prontamente.

//English

We have been working very hard in the construction of the wind turbine, making the scoops' "skeleton" structure, the shafts, some easily machinable parts and some welding too. Other more complex parts have been sent to be made at specialized workshops, like the ones that must house bearings, for example.

The main problem in the construction process has been the difficulty to find some of the materials needed, like the tubes used as shafts. Even though they are made in a large range of dimensions, the ones that best fitted our design and purpose were usually very hard to find or permanently out of stock in our zone. As one of our objectives is to build a wind turbine that is cheaper than other sistems available in the market, and made of materials that are readily available and easy to work with, our design had to be modified heavily during the year.

Some parts were not necessarily the cheapest option: bearings and other precision elements were carefully chosen, these have an important effect on overall performance.

Some photos of the constructuion process, more to come soon...

Modelo del Rotor en Funcionamiento

Hola nuevamente,
Aquí están, como fue prometido, un par de videos del rotor mientras está girando. Notar que la sujeción del eje fue camabiada completamente con respecto a lo que se tenía anteriormente, fijándolo mejor a la base. Disfruten!

//English//

Hello again,
As promised, a couple of videos of the windmill spinning have been uploaded for your enjoyment. Note that the windmill's axis has been fixed differently (you can see that in the older photos), and consecuently also spins better.
Hope you like them!

¿Por qué la forma Helicoidal? Parte I.

Las razones para escoger este peculiar diseño son variadas, y será entre un poco de Historia y datos curiosos (e importantes) que éstas se expondrán:

El finés Sigurd Savonius inventó el rotor que lleva su nombre a mediados de la década de los '20, y desde entonces el rotor en cuestión ha sido objeto de numerosos estudios que han ayudado a determinar las variables que inciden en su eficiencia. Sus principales ventajas consisten en la relativa facilidad de construcción, su costo reducido en comparación a otros aerogeneradores y su bajo nivel tecnológico, lo cual lo hacen especialmente adecuado para países en vías de desarrollo y para poblados aislados y de pocos recursos.

Sin embargo, debido a que funciona gracias al arrastre que produce el viento en sus palas (la diferencia de arrastre que se genera en las palas -una es cóncava y la otra convexa- causa un momento de torsión total respecto al eje distinto de cero en la presencia de suficiente viento, produciendo el giro), implica que exista una gran pérdida de energía causada por el rozamiento con el aire de la pala que va en contra del viento.

Esta es la razón por la cual se ha optado, en la mayoría de los casos, por utilizar aparatos que funcionen principalmente por el fenómeno de sustentación (lift), como el aerogenerador tradicional de eje horizontal (HAWT*) o el más escaso tipo Darrieus (de eje vertical, o VAWT**). Mientras un buen aerogenerador de eje vertical puede tener un coeficiente de potencia Cp (Potencia Extraída/Potencia Disponible en el Viento) cercano a 0,45 (máximo teórico, o límite de Betz: 0,593), un Savonius Tradicional difícilmente superará un 0,2 como Cp.

Esto significa que bajo las mismas condiciones de viento y con área barrida igual en ambos casos, un HAWT podría generar más del doble de energía que un rotor Savonius, cuando éste último se encuentra en su peak de Cp (el coeficiente de potencia varía con el tip speed ratio, o TSR, que equivale a: [velocidad del punto más alejado del eje de rotación/velocidad del viento]. En un Savonius ocurre alrededor de TSR=0,8).

El Sr Savonius introdujo un detalle muy importante en su modelo, que consiste en el traslape existente entre las dos palas que forman el aparato. Esto permite aumentar la eficiencia en la extracción de energía, debido a la adición de un factor de sustentación (no muy grande) al ya comentado factor de arrastre.
Como se puede apreciar en el modelo de la imagen, hemos incluido esta característica a nuestro diseño, con la misma intención que don Sigurd:

-Fin Parte I-

//English//

The reasons for choosing this peculiar helical design are many, and they will be exposed in the following lines, mixed with a bit of History and some important facts...

Finnish engineer Sigurd Savonius invented the rotor that bears his name in the mid 1920's, and since then it has been subject of numerous studies, which have helped to determine the variables that affect its efficiency in terms of power generation. Its main advantages are that it's relatively easy to make, it's not too expensive compared to other wind turbines, and it's technology is not at all sophisticated, reasons that make it especially suitable for underdeveloped countries.

However, due to the fact that it works primarily thanks to drag, the overall efficiency is very low. The drag difference between the concave and convex parts of the rotor is responsible for making it spin. Its low efficiency is the reason why the wind turbines that work with a better combination of lift and drag are the most widely used, like the common Horizontal Axis Wind Turbines (HAWTs) and the -not so common- Darrieus type Vertical Axis Wind Turbine (VAWT). A good way of measuring power efficiency is through the power coefficient Cp (Power Extracted/Power available in the wind). A good HAWT will have a Cp of around 0.45, while a traditional Savonius will usually not exceed a Cp of 0.2 (the theoretical maximum, given by Betz' Law, is 0.593).

This means that under the same wind conditions and an equivalent swept area, a HAWT will generate more than twice the amount of energy than a Savonius operating at peak Cp (Cp value is related to the tip speed ratio or TSR, that is equivalent to [speed of the rotor's tip/wind speed]). A Savonius rotor peaks at about TSR=0.8

Mr. Savonius added a very important detail to his design, which consists in the scoops overlap, which adds a small lift component to the rotation, improving the rotor's efficiency. We've also designed our prototype with overlap, with the same intentions as the nordic inventor.

-End of Part I-

*HAWT: Horizontal Axis Wind Turbine

**VAWT: Vertical Axis Wind Turbine

(not sure who the man in the picture with the three-phased savonius is)

El Proyecto Avanza...

Tras un largo tiempo separados del blog, volvemos para dar signos de vida nuevamente. El proyecto avanza en todas sus etapas, y más lo más importante de todo es que el diseño en sí ya se encuentra en su etapa final, sólo restando algunos detalles dimensionales.

No daremos mucha información concerniente a lo último todavía, aparte de que el material de las palas será definitivamente planchas galvanizadas. Pero mantengan la paciencia, publicaremos más detalles una vez que comience la construcción.

Los deleitaremos por ahora con unas imágenes de un modelo más grande que los que utilizaremos para el túnel de viento. Este modelo fue construido antes del comienzo del proyecto (pero fue dejado de lado), y fue terminado hoy. ¡Pronto un video del pequeño prototipo en funcionamiento!

No olviden visitar la Galería de Fotos...

//English//

After a long time without posting, we're back again. The project has progressed fairly in all it's parts and, most importantly, the actual design of the windmill is in it's final stages (a few dimensional details are still being discussed).

We won't let out much information information yet, apart from the fact that the rotor will be made out of galvanized steel sheets. We'll keep you informed with more details once the construction begins...

The images you see below picture a model of the rotor, which is about 2.5 times bigger than the models used in the wind tunnel. This model was started before the project sarted (but it was left aside), and was finished today, just for the joy of seeing it working! Soon we'll add a movie of it turning!

Don't forget to visit the Photo Gallery...

Material de las Palas

Hoy se realizaron pruebas para comprobar si uno de los candidatos al material del que estarán hechas las palas es efectivamente utilizable.

Para ello se dobló una plancha de acero recubierta de zinc de la manera más similar al montado final de las palas sobre el aerogenerador, con el objetivo de asegurarnos que la plancha no presentara "arrugas" u otras complicaciones que podrían estropear el material. Se utilizaron dos marcos de madera para ayudar a fijar la forma final.

El resultado fue altamente positivo: procurando manejar la plancha con cuidado, ésta soportaba los dobleces a los cuales la sometimos, por lo que es una buena opción para constituir las palas. Además las planchas son relativamente baratas, de gran disponibildad, fáciles de trabajar y no muy pesadas (utilizamos de 0,35 mm de espesor).

¡Pronto más avances!


//English//
Today we tested one of the possible materials of which the rotor will be made of, to see if it could be used in this application.

We tested a sheet of steel plated in Zinc to check if it would withstand the degree of doubling required for its use in the rotor, trying to recreate as best as possible the final setup for the individual scoops. We used wooden boards cut out in semi circles to help us keep the shape along the way.

The result was highly positive: we were able to bend the sheet into the right position and didn't bend strangely or permanently anywhere, proving to be a good option. Laminated steel sheets are also relatively cheap, readily available, easy to work and not very heavy (we used a 0.35 mm sheet).

More progress soon!

Visita al Parque Quebrada Verde

El fin de semana pasado visitamos el Parque Quebrada Verde, un predio de 700 ha que se ubica en las cercanías de Valparaíso, cuidad en la que está emplazada nuestra Universidad.
Acompañados por el arquitecto Fernando Hammersley, integrante de la mesa de gestión del parque, y don Ramón, lugareño y cuidador, recorrimos los sectores que presentaban más potencial para la futura instalación del Rotor.
Al poco andar el Sr. Hammersley nos guió a unos de los puntos más altos del Parque, lugar que, a diferencia de la gran mayoría del sector, estaba relativamente carente de vegetación. Además enfrenta directamente al mar, por lo que se genera una brisa laderas arriba desde la costa, factor determinante para poder realizar las mediciones en un futuro.
Don Ramón nos contó varias anécdotas acerca del Parque que ha ido acumulando a los largo de los muchos años que ha vivido y trabajado en él, lo que permitió hacernos una idea general de la historia del Parque, con sus altos y bajos. En definitiva más bajos que altos. Para conocer el proyecto que se está realizando en estos momentos en el sector visite: http://www.parquequebradaverde.cl/ .
El balance del día fue muy positivo, gracias a que avanzamos de manera concreta en un punto tremendamente importante de nuestro proyecto, el lugar de instalación y medición. ¡Ahora sólo queda terminar el diseño y comenzar a construir!


//English//
Last weekend we visited Quebrada Verde Park, a 1730 acre expanse of forest, a few open areas and cliffs, that is located near the city of Valparaíso, Chile.
We were accompanied by Fernando Hammersley, arquitect and member of the Park's Board, and don Ramón, who has lived and worked great part of his life there. After a little walk we soon arrived to one of the highest points in the Park, which is relativley free of vegetation and, because it faces the sea directly, it enjoys a semi-constant breeze coming from the Pacific. This is of great relevance because we might install the Rotor here, and many measurements concerning the wind will have to be made.
Don Ramón told us many stories about the Park and its history, with all its ups an downs. Definitely more downs than ups. For more information about the Park and its restoration project visit: http://www.parquequebradaverde.cl/ .
In all, the day was quite productive, having made an important step towards choosing the installation place. All that's left now is to finish the design and start building!

Diseño y Construcción de Modelos

Hoy nos reunimos a diseñar los modelos a escala que serán probados en el túnel de viento de la UTFSM. Definimos qué modelos construiríamos y calculamos las dimensiones de cada caso, considerando que la sección de área barrida por los modelos sea siempre la misma. La razón de ésto es para poder realizar una comparación directa entre los diferentes diseños en relación a los distintos resultados que se obtendrán de las pruebas en el túnel.
El túnel de viento tiene una sección transversal de 0.25*035 [m^2], mientras que los modelos son todos de 0.1*0.2 [m^2], utilizando así un 25% del área del túnel (turbinas más grandes afectarían las mediciones demasiado, debido al siempre presente efecto de "blockage"). Los resultados obtenidos sólo serán utilizados para comparar a los rotores para ver cuál tiene mejor eficiencia relativa.

//english//
We got together today to design the models that will be tested in the University´s wind tunnel. We decided what models to build and we calculated all the necessary dimensions, being careful to always keep the same swept area, so that a direct comparision between the different models can me made once the wind tunnel measurements are done.
The wind tunnel has an area of 0.25*035 [m^2], whilst the models all are 0.2 [m] in height and 0.1 [m] in diameter. The rotos swept area is thus 25% of the wind tunnel's section (bigger turbines would be even more affected by the blockage effect in this small wind tunnel).
The results obtained will only be used to compare the turbines to see which has the best perfomance.

Introducción al Proyecto

Somos un grupo de estudiantes de la Universidad Técnica Federico Santa María, Chile, y miembros del grupo GEA (Generación de Energías Alternativas, http://www.gea.usm.cl/). Durante el presente año 2008 construiremos un aerogenerador de eje vertical del tipo Savonius, con la particularidad de tener un giro helicoidal en sus palas. Esta mejora ayuda, entre otras cosas, a conseguir un torque más uniforme a lo largo de toda la revolución, disminuyendo el riesgo de fracturas y deformaciones en el sistema por fatiga.
Primero se diseñará en CAD y luego se probarán una serie de prototipos a escala en un túnel de viento, midiendo todos los datos que se estimen necesarios. El prototipo escogido será construido e instalado al aire libre para recopilar datos similares a los medidos en el túnel (y algunos más) para tener un registro lo más completo posible de las carecterísticas de la turbina. Se busca demostrar si este tipo de turbina tendría el potencial para bombear agua o generar electricidad, ayudando a abastecer a zonas rurales y urbanas de sus necesidades básicas.

//english//
We are a group of students at Universidad Técnica Federico Santa María, Chile, and members of GEA (an internal organization of students reasearching renewable energies, http://www.gea.usm.cl/). During this year (2008) we are going to design and build a Savonius VAWT (Vertical Axis Wind Turbine), but we will stray for the original designs, imposing a helical twist to the blades. Amongst other things, this improvement helps getting a more uniform torque all through the revolution, and so minimizing stress on the structure's components. The inital fase of the project will consist in designing the rotor in CAD and then testing many -different- small scale prototypes in a wind tunnel. After we've decided what design to use, a real-scale rotor will be built and installed for all necessary measurments to be made. After this we hope to have a full image of the rotor's characteristics and it's potential for use in rural and urban areas. It's water pumping and electric generation capabilities will be studied.