Artículo Ingeniería Aplicada  
Diseño y Construcción De Un Aerogenerador De Eje  
Vertical Tipo Banki Para Microgeneración Urbana  
Design and construction of a Banki Vertical Axe Wind Turbine for Energy Harvesting  
Rafaella Hazel Rojas-Rojas1,  
Daniel Felipe Sempértegui-Tapia2,  
Omar Castellón-Castellón3,  
Renán Orellana-Lafuente4.  
1Estudiante Ingeniería Electromecánica. Universidad Privada Boliviana. Cochabamba. Bolivia. rafa.hazel.rojas@gmail.com  
2Docente. Director Laboratorio de Energías Alternativa. Universidad Privada Boliviana. Cochabamba. Bolivia. dsempertegui@upb.  
edu  
3Gerente IngesteC. IngesteC-Metrología y Calibración. Cochabamba. Bolivia. omar.castellon.c@gmail.com  
4Docente. Director Carrera Electromecánica. Universidad Privada Boliviana. Cochabamba. Bolivia. renanorellana@upb.edu  
RESUMEN  
El acuerdo de París y el establecimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible  
(ODS) han impulsado a los países que firmaron estos acuerdos a invertir en  
la investigación y desarrollo de alternativas de generación de energía limpia y  
reducir la dependencia en los combustibles fósiles. Una de las estrategias para  
esta transición es la microgeneración en sistemas productivos urbanos, donde  
la energía eólica destaca debido a su flexibilidad de diseño y adaptabilidad.  
En este sentido, en este trabajo se diseña y construye un Aerogenerador de Eje  
Vertical (VAWT por su sigla en inglés) tipo Banki para microgeneración urbana.  
Para este propósito, primero se verifican mediante simulaciones numéricas los  
parámetros de diseño óptimos (número de álabes, ángulo de ataque del álabe y  
Citar como: Rojas-Rojas,  
R.H., Sempértegui-Tapia,  
D.F., Castellón-Castellón,  
O., Orellana-Lafuente, R.  
Diseño y Construcción De  
relación altura-diámetro) sugeridos en un trabajo previo del mismo grupo de  
Un Aerogenerador De Eje  
Vertical Tipo Banki Para  
Microgeneración Urbana.  
Journal Boliviano De Ciencias,  
21(58) 42-59 https://doi.  
investigación. Posteriormente, se analiza la influencia del perfil de los álabes del  
aerogenerador, un parámetro que no había sido considerado anteriormente. A  
partir de los resultados obtenidos de velocidad angular de los diferentes perfiles  
de álabes se llegó a un diseño final del aerogenerador. Finalmente, se logró  
org/10.52428/20758944.  
construir un prototipo de aerogenerador de eje vertical el cual, en las pruebas,  
v21i58.1391  
llegó hasta 600 RPM y consiguió generar una diferencia de voltaje de hasta  
100 mV. Además, se verificó experimentalmente la importancia del ángulo de  
incidencia del viento en la rotación del aerogenerador.  
Recepción: 17/05/2025  
Aceptado: 30/10/2025  
Publicado: 30/12/2025  
Palabras claves: Aerogenerador Eje Vertical, Banki, Microgeneración,  
Declaración: Derechos de  
Generación Eólica, Energía Renovable.  
autor 2025 Rojas-Rojas,  
R.H., Sempértegui-Tapia,  
D.F., Castellón-Castellón, O.,  
Orellana-Lafuente, R. Esta  
ABSTRACT  
obra está bajo una licencia  
internacional Creative  
Commons Atribución 4.0.  
Los autores/as declaran no tener  
ningún conflicto de intereses  
en la publicación de este  
documento.  
The Paris Agreement and the establishment of the Sustainable Development  
Goals (SDGs) have prompted the countries that signed these agreements to  
invest in research and development of clean energy generation alternatives and  
reduce dependence on fossil fuels. One of the strategies for this transition is  
energy harvesting in urban production systems, where wind energy stands out  
due to its design flexibility and adaptability. In this regard, this work designs  
and builds a Banki Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) for urban energy  
harvesting. To this end, the optimal design parameters (number of blades, attack  
angle of the blade, and height-to-diameter ratio) suggested in a previous study  
made by the same research group, first verified through numerical simulations.  
Subsequently, the influence of the blade profile, a parameter that had not been  
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previously considered, is analyzed. Based on the angular velocity results obtained  
for the different blade profiles, a final wind turbine design was arrived at. Finally,  
a prototype for the VAWT was built, which, in tests, reached speeds of up to 600  
RPM and was able to generate a voltage difference of up to 100 mV. Furthermore,  
the importance of the incidence angle of wind on the rotation of the wind turbine  
was experimentally verified.  
Key words: Vertical Axe Wind Turbine, Banki, Energy Harvesting, Wind Energy  
Generation, Clean Energy.  
1. INTRODUCCION  
En el año 2015 se firma el acuerdo de Paris (Nations, 2020), en el cual 196 países  
se comprometen a reducir sus emisiones de carbono, esto mayormente por medio  
de la transición de una matriz energética dependiente de combustibles fósiles a  
energía limpia, como ser solar, eólica y termal. Además, la Organización de  
Naciones Unidas (ONU) estableció 17 Objetivos para el Desarrollo Sostenible  
(Moran, 2023), en el cual el séptimo objetivo corresponde a la generación de energía  
limpia. La ONU reconoce en este punto que el desarrollo y acceso a una fuente de  
energía limpia es una necesidad para garantizar el suministro de localidades que  
se encuentran aisladas y disminuir la dependencia de aquellos que generan energía  
por medio de combustibles fósiles. Bolivia es uno de los países que depende de  
un combustible fósil para la generación de energía (71% de la matriz energética  
está compuesta por plantas de ciclo combinado, las cuales utilizan gas natural para  
la producción de energía eléctrica) y firmo tanto el acuerdo de París como los 17  
Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS).  
Actualmente, Bolivia cuenta con plantas de energía solar y eólica, aunque la  
cantidad de energía que inyectan al interconectado eléctrico es muy pequeña  
(alrededor del 6%), se está investigando formas de aumentar la participación de  
las energías limpias por medio de la generación distribuida para autoconsumo  
tanto en ciudades como en zonas rurales y poblaciones alejadas que no pueden ser  
partes del interconectado nacional y por lo tanto no tienen acceso ninguna clase de  
energía eléctrica. Uno de los métodos propuestos para esta microgeneración es la  
instalación de aerogeneradores para aprovechar la energía del viento.  
Los aerogeneradores están divididos según la orientación del eje de su rotor  
en Aerogeneradores de Eje Horizontal, o HAWT por su sigla en inglés, y  
Aerogeneradores de Eje Vertical, o VAWT por su sigla en inglés. Al mismo tiempo  
los VAWTs están divididos en dos grupos según su principio de funcionamiento:  
aerogeneradores de sustentación (donde los álabes del aerogenerador al girar, crean  
una diferencia de presión que genera una fuerza de sustentación perpendicular  
al flujo de aire, impulsando el rotor para generar energía eléctrica) o Darrieus  
y aerogeneradores de arrastre (el viento empuja la superficie de los álabes para  
producir la rotación que generará la energía eléctrica) o Savonius.  
Los aerogeneradores Darrieus se caracterizan por tener 2 a 3 álabes delgados de  
geometría compleja (Möllerström et al., 2019). Una de las versiones más populares  
de este aerogenerador es el Giromill o aerogenerador Darrieus H, donde los álabes  
de geometría compleja son reemplazados por álabes rectos, que tienen una alta  
fuerza de sustentación (Du et al., 2019). Otro aerogenerador de sustentación que se  
ha vuelto una opción viable para microgeneración es el aerogenerador Crossflex,  
cuyos álabes tienes una forma helicoidal con un rotor alargado, este aerogenerador  
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se ha logrado integrar en la fachada de los edificios y las residencias (Denoon  
et al., 2008). Los aerogeneradores Crossflex han pasado la etapa de investigación  
y se encuentran disponibles en el mercado, por el contrario existe un generador de  
sustentación que aún se encuentra en la etapa de investigación y todavía no pasado  
a la etapa de prototipaje, el aerogenerador Variable Geometry Oval Trajectory o  
VGOT fue diseñado por Ponta et al. (Ponta et al., 2007), este modelo consiste en  
un aerogenerador Darrieus cuyos alabes revolucionan en una trayectoria ovalada  
sobre un riel respecto al eje. Este diseño permite obtener generación eléctrica a  
mayor escala gracias a la estabilidad estructural, logrando un mejor torque de inicio  
y velocidad cut-in.  
El aerogenerador Savonius, en su versión clásica, está compuesto por 2 medios  
cilindros huecos unidos a un eje; este aerogenerador presenta algunas ventajas sobre  
el aerogenerador Darrieus, el mecanismo de arrastre del aerogenerador permite que  
pueda ser adaptado a una gran cantidad de fluidos o flujos másicos de diferentes  
características (Al-shammari et al., 2020). Las variantes que se lograron desarrollar  
del aerogenerador Savonius son: el aerogenerador Sistan, el aerogenerador Zephyr  
y el aerogenerador Banki. El aerogenerador Sistan, el cual se puede ver en la Figura  
Nº 1 a), fue uno de los primeros en ser desarrollado, su nombre deriva de la región  
de Irán en la que fue utilizado, tiene una facilidad de integración arquitectónica  
lo cual permite su integración en áreas residenciales, se sugiere que incrementar  
el número de álabes puede incrementar el rendimiento del aerogenerador (Muller  
et al., 2009). El aerogenerador Zephyr, el cual se puede ver en la Figura Nº 1 b),  
tiene varios álabes en el estator que ayudan a controlar el flujo y la dirección del  
viento a la entrada de la turbina. El beneficio aerodinámico de los álabes es la  
reducción de la turbulencia generada y la posibilidad que el flujo se concentre de  
mejor manera sobre la superficie del álabe, si bien estos tipos alternos de turbinas  
no suelen ser explorados, son una alternativa a configuraciones comunes existentes  
(Pope et al., 2010)numerical and experimental studies are presented to determine  
the operating performance and power output from a vertical axis wind turbine  
(VAWT. Por último, la turbina Banki, la cual se puede ver en la Figura 1 c), tiene  
su origen en la generación hidroeléctrica, poca investigación fue realizada para su  
integración eólica, Qusai et al. (Qusai et al., 2021) realizaron un estudio sobre un  
aerogenerador Banki aplicado para la generación eólica en carreteras.  
Figura Nº 1. a) Aerogenerador Sistan, b) Aerogenerador Zephyr, c)  
Aerogenerador Banki,  
fuentes:(Muller et al., 2009), (Pope et al., 2010)numerical and experimental  
studies are presented to determine the operating performance and power output  
from a vertical axis wind turbine (VAWT,(Qusai et al., 2021).  
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Uno de los primeros estudios de adaptación a generación eólica fue realizado por  
Al Maaitah et al. (Al-Maaitah, 1993), en este estudio se realizaron simulaciones  
por medio de las cuales se buscó evaluar el comportamiento de un aerogenerador  
Banki para la generación de energía eléctrica en una carretera, en la cual utilizaba el  
flujo de viento forzado de los autos que circulaban, encontrando que su desempeño  
era mejor al de otros generadores. Posteriormente, Tian et al. (Tian et al., 2020)  
buscaron la mejor forma de aprovechar las corrientes de aire turbulento provocadas  
por el movimiento de los vehículos en las autopistas por medio de VAWT de tipo  
Banki. Por otro lado, Liu et al. (Liu et al., 2019) propusieron un diseño hibrido de  
aerogenerador, en el que se combinan características del aerogenerador Savonius  
y el aerogenerador Darrieus, el diseño propuesto se puede apreciar en la Figura  
Nº 2. En este trabajo de ingeniería aplicada, se analizó el funcionamiento teórico  
y se validó el diseño a partir del análisis de los resultados obtenidos a partir de  
simulaciones numéricas.  
Figura Nº 2. Turbina hibrida Darrieus-Savonius. Fuente: (Liu et al., 2019)  
Una buena cantidad de los trabajos de investigación de los VAWTs también  
analizan la influencia del perfil del álabe en los aerogeneradores de tipo Darrieus,  
ya que estos tienen un diseño más sencillo y el impacto de la forma del álabe es  
más notable. En sus respectivos trabajos sobre la influencia del perfil del álabe  
en el funcionamiento de un aerogenerador tipo Darrieus, Subramanian et al.  
(Subramanian et al., 2017) y Sathiyamoorthy et al. (Sathiyamoorthy et al., 2021)  
realizaron simulaciones con diferentes perfiles de álabe para verificar la influencia  
que estos tienen en el funcionamiento del VAWT para determinar cuál es la mejor  
combinación para incrementar la generación de energía.  
Para profundizar el estudio de los VAWTs, se recomienda consultar el estado del  
arte realizado por Alave-Vargas et al. (Alave-Vargas et al., 2022).  
Por último, es necesario resaltar que, hasta este punto, todos los resultados  
encontrados son teóricos y no se han realizado prototipos para corroborar los  
resultados obtenidos por medio de simulaciones. En ese sentido, este trabajo  
propone no solo el diseño sino también la construcción y validación experimental  
de un aerogenerador eólico de eje vertical tipo Banki.  
2. METODOLOGIA  
El proyecto se desarrolló siguiendo una metodología investigativa, por medio del  
cual se buscó verificar que los parámetros de diseño encontrados anteriormente  
fueran óptimos para así pasar a la fabricación de un prototipo funcional.  
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Alave-Vargas et al. (Alave-Vargas et al., 2023) determinaron, por medio de un  
análisis multivariable, los parámetros de diseño para el funcionamiento óptimo  
para la generación de energía eléctrica de un aerogenerador de eje vertical tipo  
Banki. Tras un análisis exhaustivo de la literatura, y considerando la aplicación de  
generación en carreteras y las características del espacio de separación entre los  
carriles contrarios de una autopista interdepartamental, los autores seleccionaron  
la relación altura/diámetro, el número de álabes y el ángulo de ataque como  
parámetros clave para el diseño de un VAWT de tipo Banki. El rango de valores de  
los parámetros seleccionados fueron los siguientes:  
•
La relación entre la altura y el diámetro del aerogenerador H/D=9/14 y H/  
D=11/14.  
•
•
El ángulo de ataque del álabe: 6º, 10º y 14º.  
El número de alabes del aerogenerador: 12, 16 y 20.  
Losautoresanalizaronuntotalde18posibilidades(todaslascombinacionesposibles  
entre los parámetros seleccionados), y por medio de un análisis multivariable  
determinaron que los parámetros óptimos de diseño para mayor generación son:  
•
•
•
Relación altura-diámetro: H/D=9/14  
Ángulo de ataque álabe: 11. 55º  
Número de alabes: 12 álabes  
Considerando la posible integración del aerogenerador en diversos lugares para  
microgeneración, se decidió diseñar y construir un prototipo más pequeño.  
Además, de esta forma se podrían realizar pruebas en un ambiente controlado, al  
mismo tiempo de dar flexibilidad para seleccionar materiales y escoger técnicas  
de fabricación. De esta forma, el radio externo fue fijado en 15 cm, el resto de las  
medidas disminuyeron en la misma proporción que el radio.  
Tras la reducción del aerogenerador fue necesario verificar que el diseño del  
aerogenerador seguía siendo la versión óptima, es decir que su funcionamiento  
seguía siendo el mejor. Para realizar esta verificación se estudió el impacto que los  
parámetros del aerogenerador tendrían sobre su funcionamiento, específicamente  
sobrelavelocidaddegirodelaerogenerador,yaqueesteparámetroestádirectamente  
ligado a la generación de energía eléctrica del aerogenerador. Las pruebas de los  
parámetros óptimos se realizaron mediante simulaciones en el programa ANSYS  
(licencia Student). Primero, se estudió el efecto que el número de alabes tendría  
en el funcionamiento del aerogenerador. Se realizó una serie de simulaciones para  
aerogeneradores con 8, 12 y 16 álabes  
Posteriormente, se realizaron simulaciones con modelos de aerogenerador con  
una relación H/D de 9/14, 11/14 y 13/14, los resultados obtenidos confirmaron  
que, teóricamente, la relación 9/14 otorga los mejores resultados, es decir que la  
velocidad de giro, la cual están directamente ligadas a la generación de energía  
eléctrica, es mayor para el aerogenerador que tiene una relación H/D igual a 9/14.  
No se realizaron pruebas sobre el impacto del ángulo de ataque del álabe, en  
cambio se prefirió observar el impacto que el perfil del álabe podría tener sobre el  
funcionamiento del aerogenerador.  
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Para homogeneizar el diseño, el estudio y la fabricación de los álabes, el Comité  
Nacional Asesor para Aeronáutica o NACA por su sigla en inglés, clasifica los  
perfiles de alabes con dígitos que corresponden a la misma cantidad de parámetros  
de caracterizan el perfil en cuestión. Los perfiles de álabes tienden a utilizar entre  
1 a 7 dígitos en su nomenclatura. Los perfiles de alabes más populares y los que  
más se usan en trabajos investigativos de comparación de desempeño de VAWT  
son los de 4 y 5 dígitos.  
La Tabla Nº 1 muestra un resumen de la caracterización de los perfiles de álabe de  
4 y 5 dígitos de acuerdo a NACA, donde la cuerda hace referencia a la longitud  
transversal del perfil del álabe, es decir la distancia que existe entre los extremos  
del perfil.  
Tabla Nº 1. Clasificación de perfiles de álabes de acuerdo a NACA.  
Álabe de 4 dígitos  
NACA MPXX  
Álabe de 5 dígitos  
NACA LPQXX  
M es la curvatura máxima del perfil dividido  
L controla la curvatura, indica si el coeficiente  
entre 100 de la cuerda del ala.  
de elevación (Cl)multiplicado por 3/20.  
P es la posición de la curvatura máximo  
dividido por 10 de la cuerda del ala.  
P es la posición de la curvatura máximo  
dividido por 200 de la cuerda del ala.  
Q =0, línea de curvatura normal.  
Q =1, línea de curvatura reflejada.  
XX es el espesor dividido entre 100 de la  
cuerda del ala.  
XX es el espesor máximo dividido entre 100 de  
la cuerda del ala  
Fuente: Elaboración propia.  
Para este trabajo, se seleccionaron y analizaron 4 perfiles de álabe: 2 perfiles  
de 4 dígitos y 2 perfiles de 5 dígitos. Se seleccionó perfiles cuya forma fuera  
notablemente diferente entre sí, esto para incrementar la posibilidad de obtener  
resultados diferentes que permitan observar el impacto que tiene el perfil del  
álabe en el rendimiento del aerogenerador. Los perfiles seleccionados fueron los  
siguientes: NACA0008, NACA2410, NACA24112 y NACA23015. La Figura Nº  
3 muestra una representación gráfica el perfil de álabe de 4 dígitos NACA2410  
mientras que la Figura Nº 4 ilustra el perfil de álabe de 5 dígitos NACA23015.  
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Figura Nº 3. perfil de 4 dígitos NACA 2410. Fuente: http://airfoiltools.com/  
airfoil/naca4digit.  
Figura Nº 4. perfil de 5 dígitos NACA 23015. Fuente: http://airfoiltools.com/  
airfoil/naca5digit.  
Se estudió el comportamiento que los aerogeneradores con perfil de álabe  
modificado. Por medio de simulaciones en ANSYS, se obtuvieron datos de la  
velocidad máxima en RPM.  
Con los resultados obtenidos de la fase de simulación, se validaron los parámetros  
óptimos y se evaluó el impacto de modificar otros elementos del diseño, como  
el perfil del álabe (considerando la adopción de perfiles aerodinámicos NACA).  
Posteriormente, se procedió al diseño estructural completo del aerogenerador,  
contemplando tanto el rotor como el sistema de soporte y su integración mecánica.  
A partir del diseño final se construyó un prototipo funcional del aerogenerador,  
utilizando materiales seleccionados por su disponibilidad, resistencia y facilidad  
de manufactura. La fabricación incluyó los álabes con las dimensiones y perfil  
definidos, las tapas de soporte del rotor y un sistema de sujeción robusto que  
garantizara estabilidad durante la operación. Cabe destacar que el proceso fue  
iterativo, especialmente en la interacción entre el diseño del sistema de sujeción y  
su implementación práctica.  
Una vez construido el prototipo, se realizó la validación experimental en  
condiciones reales de operación. Se registraron parámetros como la velocidad del  
viento incidente, la velocidad de rotación del rotor (RPM) y el voltaje generado.  
Asimismo, se analizó la influencia del ángulo de incidencia del viento sobre el  
rendimiento.  
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN  
3.1 Parámetros óptimos de diseño  
Se estudió el efecto que el número de alabes tendría en el funcionamiento (velocidad  
angular) del aerogenerador. Se realizó una serie de simulaciones en el programa  
ANSYS (licencia student) para aerogeneradores con 8, 12 y 16 álabes. Se confirmó  
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que el número de álabes óptimo para velocidades del viento inferiores a 10 m/s,  
velocidad realística a la que el viento puede llegar sin tener vientos huracanados,  
es 12 (ver Figura Nº 5).  
Posteriormente, se realizaron pruebas con un aerogenerador con una relación H/D  
de 9/14, 11/14 y 13/14, los resultados confirmaron que la relación 9/14 otorga los  
mejores resultados.  
Los aerogeneradores con perfil NACA mostraron resultados promisorios,  
especialmente el NACA24112 que llego a los 518 RPM para una velocidad de  
viento de 9 m/s, comparado al perfil de alaba simple con ángulo de ataque de  
11.55° que llego a 235 RPM para la misma velocidad.  
Figura Nº 5. Rendimiento del aerogenerador con diferentes números de álabes,  
fuente: elaboración propia  
Inicialmente se realizaron pruebas del comportamiento del aerogenerador sin tapa,  
es decir considerando que la turbina es el cuerpo principal del aerogenerador.  
Antes de validar los resultados obtenidos, se volvieron a realizar las pruebas  
añadiéndole tapas de 1 cm de espesor. Los resultados obtenidos en esta nueva  
serie de simulaciones diferían de los resultados anteriores, siendo que la velocidad  
máxima obtenida fue del aerogenerador de perfil clásico llego a 90 RPM, mientras  
que la velocidad de giro del aerogenerador con perfil NACA24112 decayó a 40  
RPM.  
Posteriormente se añadió un borde de ataque a la tapa del aerogenerador Banki,  
es decir que el espesor externo de la tapa es menor al espesor interno (ver Figura  
Nº 6), esta modificación ayudó a mejorar el funcionamiento del aerogenerador  
en aproximadamente un 25%, tal como se puede ver en la Tabla N.º 2. Solo se  
analizó, por medio de simulaciones numéricas, el impacto de esta modificación en  
el aerogenerador Banki con perfil de álabe rectangular.  
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Figura Nº 6. Borde de ataque en la tapa del aerogenerador. Fuente: Elaboración  
propia.  
Tabla Nº 2. Influencia de las tapas.  
Velocidad del viento  
(m/s)  
Velocidad del  
aerogenerador (rpm)  
9.2  
28.7  
9.2  
235.65  
799.61  
90  
Aerogenerador  
Banki sin tapa  
Aerogenerador  
Banki con tapa  
28.7  
9.2  
400  
Aerogenerador  
Banki con borde de  
ataque  
130  
28.7  
556  
Fuente: elaboración propia.  
Tras las simulaciones iniciales se determinó que el aerogenerador con borde de  
ataque en la tapa tiene el mejor rendimiento teórico y es la mejor versión para la  
construcción.  
Fabricación del aerogenerador  
Tras la determinación de los parámetros óptimos de diseño del aerogenerador  
por medio de las simulaciones en ANSYS, se procedió con la fabricación del  
aerogenerador.  
Se comenzó con el diseño de un sistema de soporte para el aerogenerador.  
El diseño del sistema de soporte o sujeción fue un proceso iterativo en el cual se  
realizaron modificaciones de manera constante hasta llegar a un producto que sea  
satisfactorio. Se partió de la forma externa que el sistema de sujeción tendría y poco  
a poco se fueron determinando el resto de los detalles (posición de los rodamientos,  
espesores, topes de fabricación, etc). La parte más importante de este proceso fue  
el diseño de un sistema de sujeción que permitiera sujetar el aerogenerador de  
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manera estable a una base al igual que la generación de energía eléctrica con unos  
generadores de energía DC (corriente continua).  
Para lograr un movimiento continuo, reducir la fricción y el efecto del peso al  
mínimo se utilizaron 2 rodamientos (uno grande y uno pequeño) en el sistema de  
sujeción. En la Figura Nº 7 se pueden ver las diferentes piezas que formaron parte  
del sistema de sujeción (los rodamientos se encuentran pintados en amarillo).  
Figura Nº 7. Sistema de Sujeción del aerogenerador. Fuente: elaboración propia.  
La Figura Nº 8 ilustra el diseño final del aerogenerador de eje vertical montado en  
las bases de sujeción.  
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Figura Nº 8. Base de sujeción para el aerogenerador. Fuente: elaboración  
propia.  
Los álabes del aerogenerador y las piezas de soporte fueron fabricados por medio  
de impresión 3D en PLA, para tener igualdad entre las diferentes piezas (sobre  
todo los álabes) y por la facilidad de acceso que se tiene a esta tecnología, siendo  
una buena manera de obtener piezas de diferentes tamaños y geometrías de manera  
rápida y económica. Vale mencionar, que el tipo de material de los álabes tomado  
en cuenta durante las simulaciones debido a que se requiere datos asociados al  
material de fabricación del aerogenerador.  
Durante el proceso de construcción, la tapa con borde de ataque definida en etapa  
de diseño se cambió por un disco metálico de 1 mm de espesor, esto debido a que  
las dimensiones de la impresora 3D con la que se trabajó (ENDER 3) no era lo  
suficientemente grande para fabricar la tapa en una sola pieza. Además, se verifico  
que tener una tapa montada con varias partes acarrearía problemas de encaje,  
los cuales podrían aumentar la resistencia al viento de las tapas y disminuir los  
beneficios ganados por la incorporación del borde de ataque de la tapa.  
Para la construcción del sistema de sujeción, el rodamiento pequeño fue instalado  
entre el eje del aerogenerador y un asiento interno que permite la unión con la  
tapa. Por otro lado, el rodamiento grande se instaló de tal forma que permita que el  
aerogenerador gire mientras está sujetado por 2 bases de sujeción. Este rodamiento  
fue instalado al interior de un asiento externo que permite que el aerogenerador  
pueda ser sujetado por la base de sujeción al mismo tiempo que sirve de asiento  
para los generadores DC, tal y como se puede ver en la Figura Nº 9.  
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Figura Nº 9. Instalación rodamiento externo en el asiento externo. Fuente:  
elaboración propia.  
Durante la construcción, montaje y pruebas preliminares se vio la necesidad de  
rediseñar algunas piezas. Un ejemplo de esto es la pieza ilustrada en la Figura  
Nº 10, la cual es la unión de 3 piezas. Estas piezas están encargadas de unir el  
aerogenerador con el rodamiento externo, sin embargo, durante las pruebas de  
rotación iniciales estas no aguantaron los esfuerzos de rotación. El resultado final  
es una pieza más robusta, capaz de resistir los esfuerzos a los que será sometida  
durante la rotación.  
Figura Nº 10. Pieza modificada para el aerogenerador. Fuente: elaboración  
propia.  
Es importante mencionar que a pesar de que el aerogenerador se encuentra sujetado  
en posición horizontal, esto no cambia en nada su principio de funcionamiento, el  
aerogenerador es posicionado de esta forma para tener mayor estabilidad en las  
etapas de validación experimental.  
3.3 Pruebas experimentales  
Se realizaron pruebas de funcionamiento iniciales con un túnel de viento, como se  
puede ver en la Figura Nº 11. El aerogenerador Banki construido, con un peso de  
turbina de 4.56 kg y un momento de inercia teórico de 0.06 kg/m2, incluso después  
de llegar a una velocidad del viento de 5 m/s no logro rotar, en algún momento  
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mostró un indicio de movimiento y la estructura vibró ligeramente, sin embargo, el  
aerogenerador no logró realizar una rotación completa.  
.
Figura Nº 11. Pruebas en el túnel de viento. Fuente: elaboración propia.  
Tras varias pruebas se utilizó un soplador de aire para generar el flujo de viento y  
un alabe auxiliar para distribuir el flujo de aire en su superficie al igual que darle  
un ángulo de incidencia sobre los álabes del aerogenerador, tal y como se puede  
ver en la Figura Nº 12.  
Figura Nº 12.Escenario de prueba con el soplador. Fuente: elaboración propia.  
Tras varias pruebas se encontró que el mejor ángulo para el álabe de apoyo es de  
13.9º.  
Durante las pruebas se obtuvieron velocidades que llegaban hasta los 650 RPM,  
esta velocidad es mayor a lo anticipado por las simulaciones (un máximo de 400  
RPM), esto puede ser explicado por la modificación de la tapa, al trabajar con una  
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tapa más delgada se logró incrementar la velocidad de giro del aerogenerador. Se  
utilizaron 2 generadores, uno a cada extremo del aerogenerador, para incrementar la  
generación de energía ya que no se podía modificar los generadores para asegurar un  
mejor rendimiento. Las frecuencias medidas con el osciloscopio fueron diferentes  
entre estos 2 generadores, esto debido a su fabricación, aunque externamente los  
generadores sean iguales, eléctricamente son diferentes. El generador 1 llego a  
generar un máximo de 80 mV a 33,5 Hz de frecuencia, mientras que el generador 2  
logro generar un máximo de 100 mV a una frecuencia de 34.74 Hz.  
Los resultados se pueden ver resumidos en la Tabla Nº 3.  
Tabla Nº 3. Resultados pruebas funcionales.  
RPM  
VOLTAJE  
VELOCIDAD  
VIENTO  
Generador 1  
Generador 2  
Generador 2  
Freq.  
Freq.  
Min.  
Max.  
Min.  
Max.  
Vp-p (mV)  
Vp-p (mV)  
(Hz)  
22,44  
22,4  
(Hz)  
99,34  
56,11  
33,97  
34,74  
1,1  
1
1,8  
1,5  
1,9  
1,9  
239  
191  
178  
55  
563,5  
537  
40  
45  
80  
80  
65  
60  
1,1  
1,1  
641  
33,51  
33,41  
100  
100  
645,5  
Fuente: elaboración propia.  
Durante las pruebas se observó que el tiempo de estabilización del aerogenerador  
es de aproximadamente 4 minutos. En la Figura Nº 13 se puede observar cómo  
evoluciona la generación de energía, medida a partir del voltaje generador, contra  
la velocidad media del viento medida durante las pruebas. No se tiene resultados  
para una velocidad del viento inferior a 1.1 m/s ya que el aerogenerador empieza  
a rotar de manera constante a partir de esta velocidad.  
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Figura Nº 13. Voltaje p-p generador vs Velocidad media del viento. Fuente:  
elaboración propia  
3.4 Discusión  
Durante la etapa de pruebas se obtuvieron velocidades de giro para el aerogenerador  
que superaban lo esperado según las simulaciones.  
Puesto que gran parte de la literatura disponible en cuanto a la investigación  
de aerogeneradores de eje vertical trata no van más allá de las simulaciones y  
análisis numéricos, no se encontraron proyectos previos en los cuales se evaluará  
el desempeño del prototipo de un aerogenerador de eje vertical de tipo Banki,  
independientemente de los parámetros utilizados para el diseño del aerogenerador.  
Aunque las velocidades obtenidas superaban lo esperado por las simulaciones, esto  
todavía no se traduce a una generación optima de energía. El sistema de generación  
utilizado, dos generadores acoplados al eje del aerogenerador, aun puede ser  
optimizado para mejorar la generación de energía. al mismo tiempo también se  
debe diseñar el sistema por medio del cual la energía generada será rectificada y  
almacenada en baterías para su utilización.  
El trabajo realizado sirve de base para todos los proyectos relacionados que se  
hagan a futuro, es un punto de partida y comparación que se puede referenciar  
según las modificaciones que se deseen implementar, ya sea al diseño o al proceso  
de fabricación. De momento se ha propuesto un prototipo del cuerpo de la turbina  
Banki y su sujeción para garantizar un movimiento constante y evitar desbalanceo  
y vibraciones, sin embargo, aún quedan varios componentes por implementar para  
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tener un sistema de generación de energía completo que nos dé como producto  
final energía que pueda ser utilizada directamente o almacenada.  
4. CONCLUSIONES  
Entre las conclusiones del presente trabajo se pueden mencionar:  
•
Se corroboró la optimización de diseño de un aerogenerador obtenida por un  
trabajo previo del mismo grupo de investigación (Alave-Vargas et al., 2023).  
Estos parámetros óptimos de diseño son: H/D=9/14, 12 álabes y ángulo de  
ataque de 11. 55º, independientemente del diámetro con el que se trabajó.  
•
La forma y espesor de las tapas de un aerogenerador, parámetro que no suele ser  
tomadoencuentaensimulacionesenlaliteratura, resultóserunadelasvariables  
de mayor influencia en su rendimiento. Se comprobó experimentalmente  
que trabajar con una tapa más delgada permitió incrementar la velocidad de  
rotación esperada a través de las simulaciones.  
•
•
La etapa de diseño del sistema de sujeción y la construcción del aerogenerador  
fue un proceso iterativo en el que se tenía que probar de manera experimental  
el encaje entre la diferentes piezas y la resistencia de estas durante el armado  
y funcionamiento del aerogenerador. Fue un proceso de aprendizaje, con  
intentos fallidos y piezas rotas que nos ayudó a llegar al montado final de un  
aerogenerador funcional.  
Se diseñó, construyó y validó un aerogenerador de eje vertical funcional. Se  
realizaron pruebas prácticas en un ambiente controlado y se demostró que se  
puede generar hasta 100 mV a una frecuencia de 33.5 Hz con cada uno de los  
generadores acoplados.  
Se puede considerar el aerogenerador construido como una base sobre la cual se  
puede modificar los componentes o mecanismos para llegar a un prototipo con  
mayor rendimiento. Se llegaron a varias conclusiones satisfactorias a lo largo de  
este proyecto, sin embargo, aún hay aspectos que se pueden seguir desarrollando y  
mejorando en futuras versiones del aerogenerador, entre ellos estudiar la forma en  
la que el aerogenerador podría ser integrado al paisaje urbano para una generación  
energética más eficiente.  
5. AGRADECIMIENTOS  
Se agradece el apoyo de los docentes de la universidad por ayuda, conocimientos  
y guía a lo largo de este proyecto, en especial se agradece al ingeniero Omar  
Castellón-Castellón y a todo el grupo de trabajo de INGESTEC por su apoyo y  
conocimientos técnicos durante la fabricación del prototipo del aerogenerador,  
los cuales permitieron obtener el prototipo con el cual se trabajó a lo largo de  
este proyecto. Este trabajo es solo el primer paso y como en cualquier proyecto  
investigativo todavía queda un largo camino por recorrer.  
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6. REFERENCIAS  
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