Implementación de un sistema de energía eólica de 2.3KW para el abastecimiento energético en un entorno real en la Universidad Nacional de Chimborazo.

Abstract

El presente trabajo de investigación tuvo como objetivo diseñar, optimizar, instalar y evaluar un sistema de energía eólica de 2.3kW en el Campus Norte de la Universidad Nacional de Chimborazo para determinar su viabilidad técnica y su capacidad de contribuir al abastecimiento energético institucional frente a la intermitencia del suministro convencional. La metodología aplicada posee un enfoque cuantitativo y un diseño experimental, estructurado en cuatro fases secuenciales: el análisis de los datos meteorológicos locales mediante un sistema de adquisición basado en ESP32; la simulación computacional con software especializado (Autodesk inventor, Fusion 360 y ANSYS) y ensayos físicos en túnel de viento de tres tipologías de aerogeneradores de eje vertical (Darrieus, Savonius y H-rotor); el dimensionamiento óptimo de los componentes de regulación y almacenamiento; y el monitoreo del desempeño in situ en el Domo del Proyecto El Arte como Configurador Formal. Los resultados experimentales derivaron en el descarte de los modelos convencionales y justificaron el desarrollo de un Rotor Híbrido definitivo que fusiona la aerodinámica de sustentación perimetral con álabes curvos de paso continuo, incrementando la eficiencia global en un 34% frente a los prototipos estándar y reduciendo la velocidad de arranque mecánico a solo 1.4 m/s. Durante la fase de evaluación en entorno real, se procesaron 18481 muestras continuas, donde el rotor alcanzó una velocidad tangencial máxima de 14.69 m/s, un voltaje máximo de 18.55 V y una potencia neta de 12.72 E ante ráfagas de viento. El análisis estadístico de regresión cuadrática () determinó que la velocidad tangencial explica prácticamente el 100% de la variabilidad de la potencia generada, confirmando así la relación no lineal entre ambas variables. El tren de potencia eléctrica, integrado por un controlador inteligente MPPT y un inversor de onda senoidal pura, adaptó eficientemente la corriente para alimentar las cargas del domo de manera segura. Se concluyó que, si bien la escasez e intermitencia del recurso eólico local alarga los ciclos de carga del almacenamiento, el banco de baterías configurado en 48 V constituye una reserva sólida y factible que actúa de forma impecable como un sistema de respaldo autónomo ante cortes de la red comercial.