Aerodynamic Analysis of Darrieus Vertical-Axis Wind Turbines

Introduction

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Accelerated global warming is caused by human action and the excessive emission of greenhouse gases into the Earth's atmosphere (Meneses-Ruiz et al., 2018MENESES-RUIZ, E.; ROIG-RASSI, A.; PAZ, E.; ALONSO, D.; ALVARADO, J.: “Factores de emisión de CO, CO2, NOx y SO2 para instalaciones generadoras de electricidad en Cuba”, Revista Cubana de Meteorología, 24(1): 1-9, 2018, ISSN: 2664-0880.). Greenhouse gas emissions are produced in part by the burning of fossil fuels derived from petroleum (Meneses-Ruiz et al., 2018MENESES-RUIZ, E.; ROIG-RASSI, A.; PAZ, E.; ALONSO, D.; ALVARADO, J.: “Factores de emisión de CO, CO2, NOx y SO2 para instalaciones generadoras de electricidad en Cuba”, Revista Cubana de Meteorología, 24(1): 1-9, 2018, ISSN: 2664-0880.). About 86% of the world's carbon dioxide emissions come from the burning of fossil fuels for energy and material production (SE: Banco Mundial, 2023SE: BANCO MUNDIAL: “BIRF AIF IFC MIGA CIADI, Grupo Banco Mundial energy overview”, BIRF AIF IFC MIGA CIADI, 2023, Disponible en: https://www.bancomundial.org/es/topic/energy/overview ). Fossil fuels comprise 80% of the current global primary energy demand Elzinga (2023)ELZINGA, S. F.: United Nations. Papel de los combustibles fosiles en un sistema energético sostenible, Crónica ONU, 2023. https://www.un.org/es/chronicle/article/el-papel-de-los-combustibles-fosiles-en-un-sistema-energetico-sostenible Nearly 675 million people remain without electricity worldwide. Around 2.3 billion people rely on polluting traditional fuels and technologies to cook their food (SE: Banco Mundial, 2023SE: BANCO MUNDIAL: “BIRF AIF IFC MIGA CIADI, Grupo Banco Mundial energy overview”, BIRF AIF IFC MIGA CIADI, 2023, Disponible en: https://www.bancomundial.org/es/topic/energy/overview ).

Wind energy technology can be transformative for many developing countries, particularly vertical-axis wind turbines, which have characteristics that make them ideal for rural and urban applications, at low altitudes and with low wind speeds Damota (2022)DAMOTA, B.J.: Perfil de pala de turbina eólica de eje vertical de diseño bioinspirado: estudio comparativo y optimización mdediante modelo CFD parametrizado, Universidad Politécnica de Madrid, España, Tesis de grado, Madrid, España, 2022.. The idea then arises that the development of vertical wind turbines using indigenous technology in Cuba can contribute to energy autonomy in different sectors of society. Following Decree Law 345 on the application of renewable energy (GOC-Cuba, 2019GOC-CUBA: "Decreto No. 345/2019. Consejo de Estado de la República de Cuba", Gaceta Oficial de la República de Cuba (GOG-2019-1064-095), 2019. ISSN: 0864-0793, e-ISSN: 1682-7511, https://www.gacetaoficial.gob.cu/es/decreto-ley-345-de-2019-de-consejo-estado ).

The Varona Metal-Mechanical Company is working on the development of small wind turbines, a project recently launched in 2024 (Annex 1). To achieve this goal, the company has the ongoing guidance of specialists from the Faculty of Mechanics at the José Antonio Echeverría Technological University of Havana (CUJAE).

The main objective of this work is to evaluate the design of the Darrieus vertical wind turbines through computer-assisted simulation in order to analyze their performance during operation.

Materials and methods

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Nomenclature

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A: Swept area.
c: Chord.
d: Solidity.
e: Drag coefficient.
f: Lift coefficient.
g: Moment coefficient.
h: Power coefficient.
d: Rotor diameter.
h: Drag force.
i: Lift force.
h: Rotor height.
p: Turbine power.
pd: Available power.
v: Wind speed.
α: Angle of attack.
h: Air density.
Ω: Angular velocity.
RAR: Rotor aspect ratio.
RAA: Blade aspect ratio.
TSR: Tip speed ratio.

Materials

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Qblade v0.96
Meteoblue
Inventor 2023
EPA Calculator

Methodology

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The methodology established for obtaining the rotor design is shown in Figure 1 and described below.

Figure 1. Rotor design methodology.

Design requirements

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To begin the design, a field investigation must be conducted to define the area and operating conditions of the wind turbine. First, the province of Havana, at the José Antonio Echeverría Technological University of Havana (CUJAE), was taken as a reference location. Its location is approximately 57 meters above sea level Bader et al. (2025)BADER, N.; ZURFLUH, N.; SHIN, J.; SCHLÖGL, S.: “Meteoblue City Climate Model (mCCM): High-resolution Modeling for Urban Heatwave Management”, En: 105th Annual AMS Meeting 2025, vol. 105, p. 452735, 2025. https://www.meteoblue.com/es/tiempo/semana/la-habana_cuba_3553478 , which provides a working fluid density of 1.173 (Méndez, 2023MÉNDEZ, A.M.: Contribución desde el diseño, a la tecnología cubana para producción de Aerogeneradores de Eje Vertical, Inst. Universidad Tecnológica de la Habana «José Antonio Echaverría», Mecánica Aplicada, La Habana, Cuba, 2023.). In addition to this, other characteristics that demonstrate the climatic parameters in the city of Havana to which the prototypes will be subjected during operation must be taken into account. These are presented in Table 1. These measurements are from January to December of the last 30 years, based on data from the Meteoblue meteorological station in Basel (Bader et al., 2025BADER, N.; ZURFLUH, N.; SHIN, J.; SCHLÖGL, S.: “Meteoblue City Climate Model (mCCM): High-resolution Modeling for Urban Heatwave Management”, En: 105th Annual AMS Meeting 2025, vol. 105, p. 452735, 2025. https://www.meteoblue.com/es/tiempo/semana/la-habana_cuba_3553478 ).

Table 1. Average climatic parameters in Havana.

Annual Data	Average
Average Daily Maximum Temperature °C	29,67
Average Daily Minimum Temperature °C	20,33
Average Hot Day Temperature °C	32,50
Average Cold Night Temperature °C	16,58
Total Precipitation (mm)	38,33

NACA Airfoil Evaluation and Selection

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NACA airfoils are a series of profiles created by the National Advisory Committee for Aeronautics (NACA), a United States federal agency founded on March 3, 1915 (Jankovsky et al., 2025JANKOVSKY, A.; NAWASH, N.; MÉNDEZ, J.: NASA Electric Aircraft Testbed (NEAT) Summary of Capabilities Version 3.0, July 2024, Inst. National Aeronautics and Space Administration, USA, 2025.). Figure 2 summarizes the main components of an airfoil.

Figure 2. Parts of an airfoil.

When selecting a suitable profile, it was decided to use pre-built and highly tested airfoils to easily obtain information and avoid the testing required when creating a proprietary profile.

There are hundreds of profiles in the NACA line, but only three were considered. These are NACA 0018, NACA 4412, and NACA 61300. See Figure 3 below.

Figure 3. NACA profiles subjected to studies.

Qblade, by Qblade Team (2019), is an open-source software that uses XFoil/Xfrl5 to help users quickly design and calculate an airfoil performance. It can then be directly integrated into a wind turbine rotor design and simulated.

The first step is to perform a simulation to obtain the coefficients, and, of the airfoils over a sweep of angles of attack between 𝛼=−10° and 𝛼=+20°. The results are shown in Figure 4.

Figure 4. NACA polar simulation, Re=100000.

According to the results obtained, shown in Figure 4, the NACA 4412 airfoils offer the best aerodynamic efficiencies ( / ) compared to the other airfoils studied.

Now it is necessary to transform the coordinates from polar coordinates to 360° coordinates.

Figure 5. Aerodynamic coefficients at 360º.

The dynamic pitch control system with its actuators was not implemented in this project (the pitch will be fixed at 0°), so it is advisable to have a NACA that offers high aerodynamic efficiency over a wider angle of attack range.

Rotor proposal

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Rotor solidity can be interpreted as the ratio of the blade's geometric area to the area swept by the rotor:

solidity,
blade area,
rotor area

Solidity = σ = \frac{B l a d e a r e a}{r o t o r a r e a} = \frac{n \cdot c}{π \cdot D}

(1)

The specific rotor speed and power coefficient directly depend on the value of the rotor's solidity. High-solidity turbines produce high torque at low speeds (solidity up to 0.8), while low-solidity turbines produce lower torque but higher speed, which is desirable for power generation rotors (Quintero, 2016QUINTERO, S. Z.: Pruebas de rendimiento de una turbina eólica de eje vertical con perfiles aerodinámicos curvados. Bogotá D.C., 2016.). This parameter should be selected between value between 0.1 and 0.25 (Bernardo, 2018BERNARDO, R.S.: Estudio aerodinámico de un aerogenerador de eje vertical mediante técnicas de cálculo CFD, Universidad Politécnica de Madrid, España, TFG. Tesis de Grado en Ingeniería Mecánica, Madrid, España, 2018.).

The turbine: a greater number of blades results in more constant torque on the shaft, reducing fatigue. Furthermore, it allows the turbine to start without being limited to specific high-torque positions. However, it is important to keep in mind that the number of blades significantly affects rotor solidity (Quintero, 2016QUINTERO, S. Z.: Pruebas de rendimiento de una turbina eólica de eje vertical con perfiles aerodinámicos curvados. Bogotá D.C., 2016.).

The rotor aspect ratio relates the height of the blades to the rotor diameter. Increasing this value increases the shaft's angular velocity, thus making power generation more efficient (Quintero, 2016QUINTERO, S. Z.: Pruebas de rendimiento de una turbina eólica de eje vertical con perfiles aerodinámicos curvados. Bogotá D.C., 2016.).

R A R = \frac{H}{2 R}

(2)

The blade aspect ratio relates the height of the blades to their chord. The longer the rotor blades, the more the losses generated by the vortices at the wing tips are attenuated; consequently, increasing the blade aspect ratio increases the turbine's efficiency (Quintero, 2016QUINTERO, S. Z.: Pruebas de rendimiento de una turbina eólica de eje vertical con perfiles aerodinámicos curvados. Bogotá D.C., 2016.). Reducing the aspect ratio worsens the performance of the wind turbine blade. In the case of VAWTs with straight blades, the use of long, thin blades with a high blade aspect ratio is recommended (Bernardo, 2018BERNARDO, R.S.: Estudio aerodinámico de un aerogenerador de eje vertical mediante técnicas de cálculo CFD, Universidad Politécnica de Madrid, España, TFG. Tesis de Grado en Ingeniería Mecánica, Madrid, España, 2018.).

R A A = \frac{H}{c}

(3)

Below are the proposed design specifications for the rotor to be used during testing for this project:

Table 2. Rotor design specifications.

Rotor Parameter
D (m)	2
H (m)	2
A (m²)	4
n (-)	4
c (m)	0.2
σ (-)	0.51
RAR (-)	1
RAA (-)	10

The preliminary design of the rotor is presented in the following image, figure 6.

Figure 6. Preliminary rotor design.

DMS simulation analysis

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The simulations are based on the Double Multiple Streamtube (DMS) model. This model was developed by Ion Paraschivoiu for the analysis of Darrieus rotors. It is an advanced derivation of the actuator disk theory combined with Blade Element Momentum (BEM) theory (Jankovsky et al., 2025JANKOVSKY, A.; NAWASH, N.; MÉNDEZ, J.: NASA Electric Aircraft Testbed (NEAT) Summary of Capabilities Version 3.0, July 2024, Inst. National Aeronautics and Space Administration, USA, 2025.).

DMS Rotor Simulation

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For each rotor type, there is a Cp range; this can also be defined as the power obtained relative to the available wind power (Fraire, 2020FRAIRE, D. J.: Diseño de un aerogenerador de eje vertcal para uso urbano de 3 kW, Villa María, 2020.).

C p = \frac{P}{P d}

(4)

A more useful way to determine wind turbine efficiency is to use the tangential velocity ratio (TSR) (Fraire, 2020FRAIRE, D. J.: Diseño de un aerogenerador de eje vertcal para uso urbano de 3 kW, Villa María, 2020.).

T S R = λ = \frac{R \cdot Ω}{v}

(5)

When calculating an estimate of our project's Cp, we see that it is directly related to TSR (λ).

To determine Cp, the simulation parameters are:

v = 5.69 m/s
ρ=1,173 kg/m3

Results and discussion

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The results of the rotor simulations using the DMS method are shown in Figure 7 below.

Figure 7. Cp vs TSR.

Analyzing the results obtained in the Rotor DMS Simulation, for a constant wind speed of 5.69 m/s, the wide operating range can be appreciated, which is of great benefit because, for a given wind speed, it has a wide variety of rotational speeds; or vice versa, for a given rotational speed, it will have a wider range of wind speeds, where the turbine is able to fully harness the wind's energy.

The turbine with the NACA 4412 profile shows the highest power coefficient due to its high lift coefficient compared to the other profiles, but it also has the lowest TSR amplitude. The NACA 0018 turbine presents balanced Cp results and a wide TSR range, its line is clean due to its symmetrical profile. The turbine with the NACA 61300 profile has the lowest Cp in the TSR range 1-2, but at the same time it has the widest TSR amplitude profile and compared to the others it is the one that maintains a Cp above 0.4 for most of its line.

If the torque coefficient is plotted against the TSR, the characteristic curve in Figure 8 is obtained.

Figure 8. Characteristic curve of Cm vs TSR.

Figure 8 shows the variation in the torque produced by the wind turbine as a function of its rotational speed.

One of the disadvantages of H-Darrieus wind turbines is that they sometimes require a high starting torque due to their negative torque coefficient values for TSR close to zero. However, based on the results obtained in the simulation of these profiles configured for the rotor dimensions in the aforementioned section, this characteristic is not met, which is why they offer good results when breaking inertia and initiating rotational motion.

Multi-Parameter DMS Simulation

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In this simulation, the rotor simulation range can be selected, i.e., maximum, minimum, and increment values for wind speed, rotation speed, and pitch angle. Power values can be obtained versus wind speed or versus rotation speed, which are very useful for characterizing turbines for energy production (Barrragán, 2015BARRRAGÁN, J.M.: Diseño y optimización de una mini-turbina eólica mediante técnicas numéricas, Universidad Tecnológica de La Habana (CUJAE), Tesis de grado, 2015.). Figure 9 shows the configured wind speeds of 1-10 m/s.

Figure 9. Wind speed and rpm (min-1).

Below, the DMS Multi Parameter simulation of power in relation to the min-1 of the NACA 0018, 4412 and 61300 respectively is shown in Figures 10, 11 and 12.

Figure 10. Power generated by the NACA 0018 profile turbine.

Figure 11. Power generated by the NACA 4412 profile turbine.

Figure 12. Power generated by the NACA 61300 profile turbine.

Analyzing the results obtained in the Multi Parameter DMS Simulation, for a variety of wind speeds ranging from 1-10 m/s and a range of 100-400 min-1.

Tables 3, 4, and 5 show the simulation results for the NACA 0018, NACA 4412, and NACA 61300, in that order, respectively.

Table 3. Blade NACA 0018 Simulation Results.

Blade NACA 0018 Simulation
v(m/s)	min-1	P [W]	v(m/s)	min-1	P [W]
1	100	-0,63646	2	100	4,64799
	200	-5,09827		200	-5,09166
	300	-17,2447		300	-17,0402
	400	-40,8948		400	-40,7862
3	100	28,7128	4	100	79,5447
	200	-2,70256		200	37,1839
	300	-17,1844		300	-42,1842
	400	-39,9081		400	-40,7333
5	100	111,217	6	100	94,0231
	200	105,044		200	229,702
	300	29,372		300	125,496
	400	-135,319		400	-21,6205
7	100	79,7104	8	100	69,8496
	200	401,254		200	636,358
	300	263,349		300	473,65
	400	120,955		400	297,472
9	100	63,0677	10	100	61,2419
	200	887,046		200	889,737
	300	775,246		300	1142,59
	400	525,78		400	840,353

Table 4. Blade NACA 4412 Simulation Results.

Blade NACA 4412 Simulation
v (m/s)	min-1	P [W]	v (m/s)	min-1	P [W]
1	100	-3,18588	2	100	-1,8432
	200	-21,6937		200	-25,487
	300	-70,2326		300	-76,044
	400	-189,615		400	-173,55
3	100	29,1418	4	100	61,1209
	200	-29,2681		200	-14,746
	300	-86,0186		300	-98,933
	400	-185,46		400	-203,9
5	100	126,776	6	100	126,19
	200	170,616		200	233,134
	300	-91,5401		300	-49,767
	400	-227,688		400	-234,15
7	100	110,646	8	100	100,369
	200	318,869		200	488,967
	300	516,228		300	640,671
	400	-199,036		400	-117,97
9	100	95,3748	10	100	93,364
	200	776,099		200	1014,21
	300	786,828		300	966,108
	400	49,1511		400	1364,92

Table 5. Blade NACA 61300 Simulation Results.

Blade NACA 6Blade NACA 61300 Simulation
v (m/s)	min-1	P [W]	v (m/s)	min-1	P [W]
1	100	1,04084	2	100	8,10093
	200	7,91343		200	8,32672
	300	26,6527		300	26,8777
	400	63,1607		400	63,3074
3	100	29,0583	4	100	39,9098
	200	23,7601		200	64,8074
	300	28,1027		300	42,6056
	400	63,9384		400	66,6138
5	100	29,5547	6	100	8,24862
	200	123,491		200	232,467
	300	122,485		300	218,725
	400	87,1254		400	190,081
7	100	-7,07141	8	100	-19,022
	200	359,973		200	319,278
	300	339,362		300	509,953
	400	344,77		400	518,459
9	100	-27,888	10	100	-34,049
	200	362,926		200	236,437
	300	784,575		300	1104,13
	400	724,76		400	987,928

The graphs show how the turbine with the NACA 4412 profile produces greater maximum power compared to the NACA 0018 and NACA 61300 turbines, with the latter producing the lowest output. The NACA 61300 could be ruled out if only the aforementioned point were considered, but if a turbine that operates at a specific wind speed is desired, the turbine that produces the maximum power at that speed should be cho.

The amount of energy a wind turbine can generate depends greatly on the characteristics of the wind. Therefore, before installing a wind turbine, it is important to know the wind potential at the site. This parameter is essential when deciding which wind turbine to select.

In Havana, for example, the average minimum wind speed is around 3.33 m/s with a standard deviation of 0.53 m/s (16%), the average wind speed is 4.84 m/s, and the maximum wind speed is approximately 6.37 m/s with a standard deviation of 0.59 m/s (9%) (Méndez, 2023MÉNDEZ, A.M.: Contribución desde el diseño, a la tecnología cubana para producción de Aerogeneradores de Eje Vertical, Inst. Universidad Tecnológica de la Habana «José Antonio Echaverría», Mecánica Aplicada, La Habana, Cuba, 2023.).

With this in mind, it can be observed in Tables 3, 4, and 5 that turbines with NACA 0018 and NACA 4412 profiles, at wind speeds between 1 and 3 m/s, produce almost no power. It is from 4 m/s and above at low speeds of 100 and 200 RPM that they produce significant power. Above 4 m/s, the turbines begin to produce significant power, reaching 1.1 and 1.36 kW. However, the NACA 61300 rotor is capable of generating power at low wind speeds, as shown in Table 5.

Finally, in view of the results shown above, it can be stated that the best option of the turbines shown in this work corresponds to the NACA 61300 rotor, considering its power with respect to the others, for speeds below the design point, which can be useful in a region where wind conditions are variable.

Economic valuation and social contribution.

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Economic valuation

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For calculation purposes, this technical and economic evaluation model for small-scale wind energy projects is used. The turbine's electrical generation capacity is shown in Tables 6, 7, and 8 below, based on wind speeds of 1-10 m/s.

Table 6. Energy power delivered from 1-3 m/s

Wind speed (m/s)	1	2	3
Useful power (W)	63,16	63,31	63,94
Power (W/day)	1515,86	1519,38	1534,52
Power in (kW/day)	1,52	1,52	1,53
Power (kW/month)	45,48	45,58	46,04
Power (kW/year)	545,71	546,98	552,43
Unit price kWh = $	15,02	15,05	15,18
Annual unit price kWh = $	180,18	180,58	182,16

Table 7. Energy power delivered from 4-6 m/s

Wind speed (m/s)	4	5	6
Useful power (W)	66,61	123,49	232,47
Power (W/day)	1598,73	2963,78	5579,21
Power (kW/day)	1,60	2,96	5,58
Power (kW/month)	47,96	88,91	167,38
Power (kWh/year)	575,54	1066,96	2008,51
Unit price kWh = $	15,84	29,34	111,38
Annual unit price kWh = $	190,08	352,04	1336,58

Table 8. Energy power delivered from 7-10 m/s

Wind speed (m/s)	7	8	9	10
Useful power (W)	359,97	518,46	784,58	1104,13
Power (W/day)	8639,35	12443,02	18829,80	26499,12
Power in (kW/day)	8,64	12,44	18,83	26,50
Power (kW/month)	259,18	373,29	564,89	794,97
Power (kW/year)	3110,17	4479,49	6778,73	9539,68
Unit price kWh = $	308,60	747,50	2128,08	4331,75
Annual unit price kWh = $	3703,20	8970,00	25536,96	51981,00

Environmental Analysis

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It has been proven that wind technology is highly necessary today; however, according to studies, social empowerment has not been taken into account in many countries, as actions aimed at educating people have been lacking. In the case of Cuba, we are not exempt from this problem, and it is necessary to demonstrate the importance of harnessing wind energy based on vertical turbines.

Nominal power data were entered into the EPA (Meneses-Ruiz et al., 2018MENESES-RUIZ, E.; ROIG-RASSI, A.; PAZ, E.; ALONSO, D.; ALVARADO, J.: “Factores de emisión de CO, CO2, NOx y SO2 para instalaciones generadoras de electricidad en Cuba”, Revista Cubana de Meteorología, 24(1): 1-9, 2018, ISSN: 2664-0880.).

Greenhouse gas equivalency calculator (kWh avoided)

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This perspective focuses on the amount of energy that does not need to be generated from polluting sources, such as fossil fuels, thanks to the energy produced by the wind turbine.

Table 9. Kilowatt hours in CO2 equivalent (Source )

Kilowatt-hours avoided (kWh)	1,1
CO2 equivalent (t)	0,0008

Table 10. This CO2 emissions equivalent (Source )

Gallons of gasoline consumed	0.086
Gallons of diesel consumed	0.075
Pounds of coal burned	0.861
Home energy use for one year	0.0001
Household electricity use for one year	0.0001
Barrels of oil consumed	0.002
Propane cylinders used for home barbecues	0.035
Number of smartphones charged	93.5

Table 11. This equivalent of avoided greenhouse gas emissions (Source )

Tons of waste recycled instead of being disposed of in landfills (t)	0.0003
Trash bags of waste recycled instead of being disposed of in landfills	0.033

Table 12. This carbon equivalent sequestered (Source )

Urban tree seedlings grown for 10 years

0.013

Conclusions

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This paper presents the analysis of three turbines with NACA 0018, NACA 4412, and NACA 61300 profiles, for wind speeds of (1-10) m/s and a rotor diameter of 2 m. These parameters were chosen to study the utilization of wind energy in areas with low wind speeds.

Only 4-blade turbines were analyzed, and simulations were performed using the QBlade program. It was found that the turbines studied have similar maximum power; however, observing their characteristic curves, it was determined that the turbine with the NACA 61300 profile represented the best option.

Analyzing the results in Tables 6, 7, and 8, it can be assumed that the product meets the energy needs of a residential home.

The NACA 61300 profile turbine offers a viable option for optimal wind energy utilization in urban and rural areas with low wind parameters.

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Annex 1. General Assembly of the Darrieus type VAWT vertical wind turbine 1.2 kW power.

Introducción

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El calentamiento global acelerado provocado por la acción del hombre con la emisión excesiva de gases de efecto invernadero a la atmósfera de la tierra (Meneses-Ruiz et al., 2018MENESES-RUIZ, E.; ROIG-RASSI, A.; PAZ, E.; ALONSO, D.; ALVARADO, J.: “Factores de emisión de CO, CO2, NOx y SO2 para instalaciones generadoras de electricidad en Cuba”, Revista Cubana de Meteorología, 24(1): 1-9, 2018, ISSN: 2664-0880.). La emisión de gases de efecto invernadero es producida en parte por la quema de combustibles fósiles derivados del petróleo (Meneses-Ruiz et al., 2018MENESES-RUIZ, E.; ROIG-RASSI, A.; PAZ, E.; ALONSO, D.; ALVARADO, J.: “Factores de emisión de CO, CO2, NOx y SO2 para instalaciones generadoras de electricidad en Cuba”, Revista Cubana de Meteorología, 24(1): 1-9, 2018, ISSN: 2664-0880.). Cerca de un 86% de las emisiones de dióxido de carbono en el mundo vienen de la quema de combustibles fósiles para la producción de energía y materiales (SE: Banco Mundial, 2023SE: BANCO MUNDIAL: “BIRF AIF IFC MIGA CIADI, Grupo Banco Mundial energy overview”, BIRF AIF IFC MIGA CIADI, 2023, Disponible en: https://www.bancomundial.org/es/topic/energy/overview ). Los combustibles fósiles comprenden el 80% de la demanda actual de energía primaria a nivel mundial. Según Elzinga (2023)ELZINGA, S. F.: United Nations. Papel de los combustibles fosiles en un sistema energético sostenible, Crónica ONU, 2023. https://www.un.org/es/chronicle/article/el-papel-de-los-combustibles-fosiles-en-un-sistema-energetico-sostenible casi 675 millones de habitantes siguen sin tener electricidad en todo el mundo. Alrededor de 2300 millones de personas dependen de combustibles y tecnologías tradicionales contaminantes para cocinar sus alimentos (SE: Banco Mundial, 2023SE: BANCO MUNDIAL: “BIRF AIF IFC MIGA CIADI, Grupo Banco Mundial energy overview”, BIRF AIF IFC MIGA CIADI, 2023, Disponible en: https://www.bancomundial.org/es/topic/energy/overview ). La tecnología de energía eólica puede convertirse en un cambio transformador para muchos países en desarrollo en particular, las turbinas eólicas de eje vertical que poseen características que las hacen ideales para aplicaciones rurales y urbanas; a baja altura y con bajas velocidades del viento Damota (2022)DAMOTA, B.J.: Perfil de pala de turbina eólica de eje vertical de diseño bioinspirado: estudio comparativo y optimización mdediante modelo CFD parametrizado, Universidad Politécnica de Madrid, España, Tesis de grado, Madrid, España, 2022.. Surge entonces la idea de que el desarrollo de turbinas eólicas verticales con tecnología autóctona en Cuba, puede tributar a la autonomía energética en diferentes sectores de la sociedad. A raíz del decreto ley 345 sobre la aplicación de la energía renovable (GOC-Cuba, 2019GOC-CUBA: "Decreto No. 345/2019. Consejo de Estado de la República de Cuba", Gaceta Oficial de la República de Cuba (GOG-2019-1064-095), 2019. ISSN: 0864-0793, e-ISSN: 1682-7511, https://www.gacetaoficial.gob.cu/es/decreto-ley-345-de-2019-de-consejo-estado ). La Empresa Metal-Mecánica Varona trabaja en el desarrollo de pequeños aerogeneradores, proyecto recién iniciado, en el 2024 (Anexo 1). Para alcanzar dicho objetivo se cuenta con la asesoría permanente de especialistas de la Facultad de Ingeniería Mecánica en la Universidad Tecnológica de La Habana “José Antonio Echeverría” (CUJAE). El objetivo principal de este trabajo es, evaluar el diseño de las turbinas eólicas verticales Darrieus por medio de la simulación asistida por computadora con el fin de analizar su desempeño durante su funcionamiento.

Materiales y métodos

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Nomenclatura

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a: área de barrido.
c: cuerda.
σ: solidez
C_d coeficiente de arrastre.
C_I: coeficiente de sustentación.
C_m: coeficiente de momento.
C_p: coeficiente de potencia.
d: diámetro del rotor.
F_D: fuerza de arrastre.
F_I: fuerza de sustentación.
h: altura del rotor.
P: potencia de la turbina.
Pd: potencia disponible.
v: velocidad del viento.
α: ángulo de ataque.
ρ: densidad del aire.
ω: velocidad angular.
RAR: la razón de aspecto del rotor.
RAA: la razón de aspecto del aspa.
TSR: tip speed ratio.

Materiales

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Qblade v0.96
Meteoblue
Inventor 2023
Calculadora EPA

Metodología

⌅

La metodología establecida para la obtención del diseño del rotor se muestra en la Figura 1 y se describe a continuación.

Figura 1. Metodología del diseño del rotor.

Requerimientos de diseño

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Para iniciar con el diseño se debe realizar una investigación de campo definiendo la zona y condiciones de trabajo de la turbina eólica. En primer lugar, se tomó como ubicación de referencia la provincia de La Habana, en la Universidad Tecnológica de La Habana “José Antonio Echeverría” (CUJAE). Su ubicación está situada aproximadamente a una altura de 57 m.s.n.m. según Bader et al. (2025)BADER, N.; ZURFLUH, N.; SHIN, J.; SCHLÖGL, S.: “Meteoblue City Climate Model (mCCM): High-resolution Modeling for Urban Heatwave Management”, En: 105th Annual AMS Meeting 2025, vol. 105, p. 452735, 2025. https://www.meteoblue.com/es/tiempo/semana/la-habana_cuba_3553478 , lo que proporciona una densidad del fluido de trabajo de 1,173 kg/m3 (Méndez, 2023MÉNDEZ, A.M.: Contribución desde el diseño, a la tecnología cubana para producción de Aerogeneradores de Eje Vertical, Inst. Universidad Tecnológica de la Habana «José Antonio Echaverría», Mecánica Aplicada, La Habana, Cuba, 2023.). Además de esta se deben tener presentes otras características que muestren los parámetros climáticos en la ciudad de La Habana a los que estarán sometidos los prototipos durante su funcionamiento que se presentan en la Tabla 1. Estas medidas son de enero a diciembre de los últimos 30 años de los datos perteneciente a la estación meteorológica Meteoblue en Basilea (Bader et al., 2025BADER, N.; ZURFLUH, N.; SHIN, J.; SCHLÖGL, S.: “Meteoblue City Climate Model (mCCM): High-resolution Modeling for Urban Heatwave Management”, En: 105th Annual AMS Meeting 2025, vol. 105, p. 452735, 2025. https://www.meteoblue.com/es/tiempo/semana/la-habana_cuba_3553478 ).

Tabla 1. Parámetros climáticos promedio en La Habana.

Dato anual	Promedio
Temp. Máx. diaria media °C	29,67
Temp. Mín. diaria media °C	20,33
Temp. Media días calurosos °C	32,50
Temp. Media noches frío °C	16,58
Precipitación total (mm)	38,33

Evaluación y selección del perfil NACA

⌅

Los perfiles NACA son una serie de perfiles que fueron creados por la NACA (National Advisory Committee for Aeronautics), la cual fue una agencia federal de Estados Unidos fundada el 3 de marzo de 1915 (Jankovsky et al., 2025JANKOVSKY, A.; NAWASH, N.; MÉNDEZ, J.: NASA Electric Aircraft Testbed (NEAT) Summary of Capabilities Version 3.0, July 2024, Inst. National Aeronautics and Space Administration, USA, 2025.). La Figura 2 resume las principales partes de un perfil aerodinámico.

Figura 2. Partes de un perfil aerodinámico.

Al momento de seleccionar un perfil adecuado se decidió utilizar perfiles aerodinámicos ya construidos y altamente probados para poder obtener información fácilmente y no realizar los ensayos requeridos al crear un perfil con desarrollo propio.

Los perfiles de la línea NACA son cientos, pero solamente se consideraron tres. Estos son NACA 0018, NACA 4412 y NACA 61300. Ver Figura 3 a continuación.

Figura 3. Perfiles NACA sometidos a estudios.

Qblade, es un software de código libre que utiliza XFoil/Xfrl5 lo que ayuda al usuario a diseñar rápidamente un perfil y calcular su desempeño, para luego integrarlo directamente a un diseño de rotor de turbina eólica y simularlo.

El primer paso consiste en efectuar una simulación para obtener los coeficientes C_l, C_d y C_m de los perfiles en un barrido de ángulos de ataque entre 𝛼=−10º y 𝛼=+20º. Los resultados se muestran en la Figura 4.

Figura 4. Simulación polar NACA, Re=100000.

Según los resultados obtenidos mostrados en la Figura 4. Los perfiles NACA 4412 ofrece las mejores eficiencias aerodinámicas (C_l /C_d) en comparación a los otros perfiles estudiados.

Ahora es necesario transformar las coordenadas de polares a 360º.

Figura 5. Coeficientes aerodinámicos en 360º.

En este proyecto no se implementó el sistema de control de pitch dinámico con sus actuadores (se tendrá un pitch fijo a 0º) por lo que conviene tener un NACA que ofrezca una alta eficiencia aerodinámica en un mayor intervalo de ángulo de ataque.

Propuesta del rotor

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La solidez del rotor se puede interpretar como la relación entre el área geométrica de la pala y el área barrida por el rotor:

s o l i d e z = σ = \frac{Á r e a d e l a s p a l a s}{Á r e a d e l r o t o r} = \frac{n \cdot c}{π \cdot D}

(1)

Del valor de la solidez dependen directamente la velocidad específica del rotor y el coeficiente de potencia, las turbinas de alta solidez producen un torque alto a bajas velocidades (solidez hasta de 0,8) y las turbinas de baja solidez producen menor torque, pero mayor velocidad, que es lo deseable para rotores de generación eléctrica (Quintero, 2016QUINTERO, S. Z.: Pruebas de rendimiento de una turbina eólica de eje vertical con perfiles aerodinámicos curvados. Bogotá D.C., 2016.). Se debe tratar de seleccionar este parámetro entre valores comprendidos entre 0,1 y 0,25 (Bernardo, 2018BERNARDO, R.S.: Estudio aerodinámico de un aerogenerador de eje vertical mediante técnicas de cálculo CFD, Universidad Politécnica de Madrid, España, TFG. Tesis de Grado en Ingeniería Mecánica, Madrid, España, 2018.).

La turbina; a un mayor número de aspas el torque sobre el eje es más constante y reduce la fatiga. Además, permite que el arranque de la turbina no esté limitado a posiciones específicas de alto torque. Pero es necesario tener en cuenta que el número de aspas afecta significativamente la solidez del rotor (Quintero, 2016QUINTERO, S. Z.: Pruebas de rendimiento de una turbina eólica de eje vertical con perfiles aerodinámicos curvados. Bogotá D.C., 2016.).

La razón de aspecto del rotor relaciona la altura de las aspas con el diámetro del rotor. El incremento en este valor, aumenta la velocidad angular del eje, haciendo así más eficiente la generación de energía (Quintero, 2016QUINTERO, S. Z.: Pruebas de rendimiento de una turbina eólica de eje vertical con perfiles aerodinámicos curvados. Bogotá D.C., 2016.).

R A R = \frac{H}{2 R}

(2)

La razón de aspecto del aspa relaciona la altura de las aspas y su cuerda. Entre más largas sean las aspas del rotor más se atenúan las pérdidas generadas por los vórtices en los extremos del ala, por consiguiente, el aumento en la razón de aspecto del aspa aumenta la eficiencia de la turbina (Quintero, 2016QUINTERO, S. Z.: Pruebas de rendimiento de una turbina eólica de eje vertical con perfiles aerodinámicos curvados. Bogotá D.C., 2016.). Al reducir la relación de aspecto empeora el rendimiento de la pala del aerogenerador. En el caso de VAWT con álabes rectos es recomendable el uso de palas largas y delgadas con una relación de aspecto de aspa elevada (Bernardo, 2018BERNARDO, R.S.: Estudio aerodinámico de un aerogenerador de eje vertical mediante técnicas de cálculo CFD, Universidad Politécnica de Madrid, España, TFG. Tesis de Grado en Ingeniería Mecánica, Madrid, España, 2018.).

R A A = \frac{H}{c}

(3)

A continuación, se presentan las especificaciones propuestas de diseño del rotor que se utilizara durante las pruebas para este proyecto:

Tabla 2. Especificaciones de diseño del rotor.

Parámetro Rotor
D (m)	2
H (m)	2
A (m²)	4
n (-)	4
c (m)	0,2
σ (-)	0,51
RAR (-)	1
RAA (-)	10

En la siguiente imagen Figura 6 se presenta el diseño preliminar del rotor.

Figura 6. Diseño preliminar del rotor.

Análisis de simulación DMS

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Las simulaciones se basan en el cálculo del modelo Double Multiple Streamtube (DMS). Este modelo fue desarrollado por Ion Paraschivoiu para el análisis de rotores Darrieus. Se trata de una derivación avanzada de la teoría del disco actuador que se fusiona con la teoría BEM (Blade Element Momentum) (Jankovsky et al., 2025JANKOVSKY, A.; NAWASH, N.; MÉNDEZ, J.: NASA Electric Aircraft Testbed (NEAT) Summary of Capabilities Version 3.0, July 2024, Inst. National Aeronautics and Space Administration, USA, 2025.).

Rotor DMS Simulation

⌅

Para cada tipo de rotor existe un rango de Cp, este también se puede definir como la potencia obtenida sobre la potencia eólica disponible (Fraire, 2020FRAIRE, D. J.: Diseño de un aerogenerador de eje vertcal para uso urbano de 3 kW, Villa María, 2020.).

C p = \frac{P}{P d}

(4)

Una manera más útil para determinar la eficiencia del aerogenerador es utilizar la relación de velocidad tangencial (TSR) (Fraire, 2020FRAIRE, D. J.: Diseño de un aerogenerador de eje vertcal para uso urbano de 3 kW, Villa María, 2020.).

T S R = λ = \frac{R \cdot Ω}{v}

(5)

A la hora de calcular una estimación del Cp del proyecto se ve que este se encuentra directamente relacionado con TSR (λ).

Para hallar el Cp los parámetros de simulación establecido son:

v=5,69 m/s
ρ=1,173 kg/m3

Resultados y discusión

⌅

A continuación, se muestra en la Figura 7 los resultados de las simulaciones de los rotores por el método DMS.

Figura 7. Cp vs TSR.

Analizando los resultados obtenidos en la simulación Rotor DMS Simulation, para una velocidad de viento constante de 5,69 m/s. Se puede apreciar el amplio rango de trabajo, siendo de gran beneficio debido que, para una velocidad de viento dada, posee una amplia variedad de velocidades de rotación; o viceversa para una velocidad de rotación dada, tendrá un mayor intervalo de velocidades de vientos; donde la turbina es capaz de aprovechar de gran manera la energía del viento.

La turbina con el perfil NACA 4412 resulta ser el de mayor coeficiente de potencia debido a su alto coeficiente de sustentación en comparación con los otros perfiles, pero a su vez presenta la menor amplitud de TSR. La turbina NACA 0018 presenta resultados equilibrados de Cp y amplio rango de TSR, su línea es limpia debido a su perfil simétrico. La turbina con el perfil NACA 61300 presenta el Cp más bajo en el rango 1-2 de TSR, pero a su vez es el perfil de mayor amplitud de TSR y en comparación a los otros es el que mantiene por encima de 0,4 de Cp gran parte de su línea.

Si se representa el coeficiente de par en función de la TSR, se obtiene la curva característica de la Figura 8.

Figura 8. Curva característica del Cm vs TSR.

En la Figura 8 se puede apreciar la variación del momento producido por el aerogenerador en función de su velocidad de giro.

Generalmente en los aerogeneradores H-Darrieus, una de las desventajas que tienen es que en ocasiones necesitan un par de arranque elevado producto al tener valores del coeficiente de par negativos para TSR próximas a cero. Sin embargo, a la vista de los resultados obtenidos en la simulación de estos perfiles configurados para las dimensiones del rotor en la sección antes mencionada, esta característica no se cumple por lo que representa buenos resultados a la hora de romper la inercia e iniciar el movimiento de giro.

Multi Parameter DMS Simulation

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En esta simulación es posible escoger el rango de simulación del rotor, es decir, valores máximos, mínimos e incrementos de velocidad de viento, velocidad de rotación y ángulo de paso, Pueden obtenerse valores de potencia frente a velocidad de viento o frente a régimen de giro, muy útiles para caracterizar las turbinas de cara a la producción energética (Barrragán, 2015BARRRAGÁN, J.M.: Diseño y optimización de una mini-turbina eólica mediante técnicas numéricas, Universidad Tecnológica de La Habana (CUJAE), Tesis de grado, 2015.).

A continuación, se muestra en la Figura 9 las velocidades de viento configurada de 1-10 m/s.

Figura 9. Velocidad de viento y las min-1.

A continuación, se muestra en las Figuras 10, 11 y 12 la simulación Multi Parámetro DMS de potencia con relación a las min-1 del NACA 0018, 4412 y 61300 respectivamente.

Figura 10. Potencia generada de la turbina perfil NACA 0018.

Figura 11. Potencia generada de la turbina perfil NACA 4412.

Figura 12. Potencia generada de la turbina perfil NACA 61300.

Analizando los resultados obtenidos en la simulación Multi Parameter DMS Simulation, para una variedad de velocidades de viento comprendido entre 1-10 m/s y un rango de 100 -400 min-1.

A continuación, se muestra en las Tablas 3, 4 y 5 los resultados de las simulaciones de los NACA 0018, NACA 4412 Y NACA 61300 en ese orden respectivamente.

Tabla 3. Resultados Blade NACA 0018 Simulación.

Blade NACA 0018 Simulación
v (m/s)	_^min-1	P [W]	v (m/s)	_^min-1	P [W]
1	100	-0,63646	2	100	4,64799
	200	-5,09827		200	-5,09166
	300	-17,2447		300	-17,0402
	400	-40,8948		400	-40,7862
3	100	28,7128	4	100	79,5447
	200	-2,70256		200	37,1839
	300	-17,1844		300	-42,1842
	400	-39,9081		400	-40,7333
5	100	111,217	6	100	94,0231
	200	105,044		200	229,702
	300	29,372		300	125,496
	400	-135,319		400	-21,6205
7	100	79,7104	8	100	69,8496
	200	401,254		200	636,358
	300	263,349		300	473,65
	400	120,955		400	297,472
9	100	63,0677	10	100	61,2419
	200	887,046		200	889,737
	300	775,246		300	1142,59
	400	525,78		400	840,353

Tabla 4. Resultados Blade NACA 4412 Simulación.

Blade NACA 4412 Simulación
v (m/s)	_^min-1	P [W]	v (m/s)	_^min-1	P [W]
1	100	-3,18588	2	100	-1,8432
	200	-21,6937		200	-25,487
	300	-70,2326		300	-76,044
	400	-189,615		400	-173,55
3	100	29,1418	4	100	61,1209
	200	-29,2681		200	-14,746
	300	-86,0186		300	-98,933
	400	-185,46		400	-203,9
5	100	126,776	6	100	126,19
	200	170,616		200	233,134
	300	-91,5401		300	-49,767
	400	-227,688		400	-234,15
7	100	110,646	8	100	100,369
	200	318,869		200	488,967
	300	516,228		300	640,671
	400	-199,036		400	-117,97
9	100	95,3748	10	100	93,364
	200	776,099		200	1014,21
	300	786,828		300	966,108
	400	49,1511		400	1364,92

Tabla 5. Resultados Blade NACA 61300 Simulación.

Blade NACA 61300 Simulación
v (m/s)	_^min-1	P [W]	v (m/s)	_^min-1	P [W]
1	100	1,04084	2	100	8,10093
	200	7,91343		200	8,32672
	300	26,6527		300	26,8777
	400	63,1607		400	63,3074
3	100	29,0583	4	100	39,9098
	200	23,7601		200	64,8074
	300	28,1027		300	42,6056
	400	63,9384		400	66,6138
5	100	29,5547	6	100	8,24862
	200	123,491		200	232,467
	300	122,485		300	218,725
	400	87,1254		400	190,081
7	100	-7,07141	8	100	-19,022
	200	359,973		200	319,278
	300	339,362		300	509,953
	400	344,77		400	518,459
9	100	-27,888	10	100	-34,049
	200	362,926		200	236,437
	300	784,575		300	1104,13
	400	724,76		400	987,928

Se puede apreciar en las gráficas como la turbina con el perfil NACA 4412 produce mayor potencia máxima en comparación a las turbinas NACA 0018 y NACA 61300 siendo esta ultima la de menor producción. Se podría descartar la NACA 61300 si solo se valorara el punto antes mencionado, pero si se desea una turbina que trabaje a un régimen de viento determinado, se debería escoger aquella turbina que produzca la máxima potencia a dicho régimen.

La cantidad de energía que puede generar una turbina eólica depende mucho de las características del viento. Por lo tanto, antes de instalar un aerogenerador es conveniente conocer el potencial eólico en el lugar de emplazamiento. Este parámetro es fundamental en la toma de decisión sobre qué aerogenerador seleccionar.

En La Habana por ejemplo la media de velocidad del viento mínimo ronda por 3,33 m/s con una desviación estándar del 0,53 m/s (16%), la media de la velocidad del viento es de 4,84 m/s y la velocidad del viento máxima es de unos 6,37 m/s con una desviación estándar del 0,59 m/s (9%) (Méndez, 2023MÉNDEZ, A.M.: Contribución desde el diseño, a la tecnología cubana para producción de Aerogeneradores de Eje Vertical, Inst. Universidad Tecnológica de la Habana «José Antonio Echaverría», Mecánica Aplicada, La Habana, Cuba, 2023.).

Conociendo esto, se puede observar en las Tablas 3, 4 y 5 que las turbinas con perfiles NACA 0018 y NACA 4412 a valores entre 1 y 3 m/s de velocidad de vientos, ambos rotores no desarrollan casi potencia. Es a partir de 4 m/s a bajas revoluciones de 100 y 200 min-1 que producen una potencia importante. Es para valores por encima de los 4 m/s cuando la potencia de las turbinas comienza a producir de forma notable hasta alcanzar los 1,1 y 1,36 kW. Sin embargo, para el caso del rotor NACA 61300 es capaz de generar potencia en velocidades bajas de vientos como se muestra en la Tabla 5.

Finalmente, en vista a los resultados mostrados anteriormente, se puede afirmar que la mejor opción de las turbinas mostradas en el presente trabajo, corresponde al rotor NACA 61300 considerando su potencia con respecto a los demás, para velocidades por debajo del punto de diseño, lo cual puede ser útil en una región donde las condiciones de viento sean variables.

Valoración económica y aporte social

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Valoración económica

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Para efectos de cálculo, el presente modelo de evaluación técnica y económica de Proyectos de Energía Eólica de pequeña escala. Según las velocidades de vientos 1-10 m/s a continuación en las Tablas 6, 7 y 8 se muestra la potencia de generación eléctrica por la turbina.

Tabla 6. Potencia energética entregada de 1-3 m/s.

Velocidad del viento (m/s)	1	2	3
Potencia Útil (W)	63,16	63,31	63,94
Potencia (W/día)	1515,86	1519,38	1534,52
Potencia en (kW/día)	1,52	1,52	1,53
Potencia (kW/mes)	45,48	45,58	46,04
Potencia (kW/año)	545,71	546,98	552,43
Precio unitario kWh=$	15,02	15,05	15,18
Precio unitario anual kWh=$	180,18	180,58	182,16

Tabla 7. Potencia energética entregada de 4-6 m/s.

Velocidad del viento (m/s)	4	5	6
Potencia Útil (W)	66,61	123,49	232,47
Potencia (W/día)	1598,73	2963,78	5579,21
Potencia en (kW/día)	1,60	2,96	5,58
Potencia (kW/mes)	47,96	88,91	167,38
Potencia (kW/año)	575,54	1066,96	2008,51
Precio unitario kWh=$	15,84	29,34	111,38
Precio unitario anual kWh=$	190,08	352,04	1336,58

Tabla 8. Potencia energética entregada de 7-10 m/s.

Velocidad del viento (m/s)	7	8	9	10
Potencia Útil (W)	359,97	518,46	784,58	1104,13
Potencia (W/día)	8639,35	12443,02	18829,80	26499,12
Potencia en (kW/día)	8,64	12,44	18,83	26,50
Potencia (kW/mes)	259,18	373,29	564,89	794,97
Potencia (kW/año)	3110,17	4479,49	6778,73	9539,68
Precio unitario kWh=$	308,60	747,50	2128,08	4331,75
Precio unitario anual kWh=$	3703,20	8970,00	25536,96	51981,00

Análisis medioambiental

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Está demostrado que la tecnología eólica en la actualidad es muy necesaria; pero según estudios realizados, en muchos países no se ha tenido en cuenta el empoderamiento social, pues han faltado acciones dirigidas a la educación de las personas. En el caso de Cuba, no estamos exentos de esa problemática y es necesario demostrar la importancia del aprovechamiento de la energía eólica basada en las turbinas verticales (Meneses-Ruiz et al., 2018MENESES-RUIZ, E.; ROIG-RASSI, A.; PAZ, E.; ALONSO, D.; ALVARADO, J.: “Factores de emisión de CO, CO2, NOx y SO2 para instalaciones generadoras de electricidad en Cuba”, Revista Cubana de Meteorología, 24(1): 1-9, 2018, ISSN: 2664-0880.).

Se introdujeron los datos de la potencia nominal en la calculadora de equivalencia de gases de efecto invernadero EPA

Environmental Protection Agency (EPA) kWh evitados (EPA, 2024)

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Esta perspectiva se centra en la cantidad de energía que no se necesita generar a partir de fuentes contaminantes, como los combustibles fósiles, gracias a la energía producida por la turbina eólica (Tablas 9, 10, 11 y 12).

Tabla 9. kWh equivalente en CO2 Fuente: .

kWh evitados	1,1
Equivalente de CO2 (t)	0,0008

Tabla 10. Este equivalente de emisiones de CO2 Fuente:

Galones de gasolina consumidos	0,086
Galones de diésel consumidos	0,075
Libras de carbón quemado	0,861
Uso energético en el hogar durante un año	0,0001
Uso doméstico de la electricidad durante un año	0,0001
Barriles de petróleo consumidos	0,002
Cilindros de propano usados para barbacoas en el hogar	0,035
Cantidad de teléfonos inteligentes cargados	93,5

Tabla 11. Este equivalente de las emisiones de efecto invernadero evitadas Fuente: .

Toneladas de residuos reciclados en vez de ser eliminados en vertederos	0,0003
Bolsas de basura de residuos recicladas en vez de ser eliminadas en vertederos	0,033

Tabla 12. Este equivalente del carbono secuestrado Fuente: .

Plántulas de árboles urbanos crecidas durante 10 años

0,013

Conclusiones

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En este trabajo se expuso el análisis de tres turbinas con perfiles NACA 0018, NACA 4412 y NACA 61300, para velocidades del viento de (1-10) m/s y un diámetro del rotor de 2 m. Estos parámetros fueron escogidos para estudiar el aprovechamiento de la energía eólica en zonas con bajas velocidades del viento.

Se analizaron solo turbinas de 4 palas y se realizaron las simulaciones con el programa QBlade y se constató que las turbinas estudiadas poseen una potencia máxima similar; pero al observar sus curvas características se determinó que la turbina con el perfil NACA 61300 representaba la mejor opción.

Analizando los resultados de las Tablas 6, 7 y 8 se puedo asumir que el producto satisface las necesidades energéticas de una vivienda del sector residencial.

Con la turbina de perfil NACA 61300 se ofrece una opción viable para el óptimo aprovechamiento de la energía eólica en zonas urbanas y rurales con bajos parámetros del viento.

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Anexo 1. Ensamblaje General de la turbina eólica vertical VAWT tipo.