15.a Edición | JULIO 2025 | ISSN 2618-1894 | Artículos Científicos
ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE TORQUE EN UN
AEROGENERADOR SAVONIUS PARA VALIDACIÓN DE
DISEÑO
EXPERIMENTAL CHARACTERIZATION OF TORQUE IN A
SAVONIUS WIND TURBINE FOR DESIGN VALIDATION
PONZONI, Lucio
1
GANIELE, María Julieta
2
MEREL, Alex
3
ALLES, Yesica
4
GAUTO, Ariel
5
Ponzoni, L., Ganiele, M. J., Merel A., Alles, Y., Gauto, A. (2025). Análisis experimental de torque
en un aerogenerador savonius para validación de diseño. Revista INNOVA, Revista argentina de
Ciencia y Tecnología, 15.
RESUMEN
Este trabajo presenta la caracterización del comportamiento de un aerogenerador Savonius de baja
potencia, desarrollado por el Grupo AeroMat, a partir de la medición de su rendimiento en
términos de torque. Con este propósito, se diseñó y construyó un banco de ensayos que permite
evaluar aerogeneradores en condiciones controladas. El sistema experimental integra un
generador de viento mediante ventilación forzada, controlado por un variador de frecuencia, y un
dispositivo de medición de torque compuesto por un dinamómetro digital, un brazo de palanca y
un resorte calibrado.
1
Universidad Nacional de Tres de Febrero (UNTREF); Comisión Nacional de Energía
Atómica (CNEA); Universidad Nacional de San Martín (UNSAM), Argentina /
investigacionaeromat@gmail.com / https://orcid.org/0000-0002-0414-1535
2
Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), Argentina / mariajulietaganiele@cnea.gob.ar
https://orcid.org/0000-0002-2702-3013
3
Universidad Nacional de Tres de Febrero (UNTREF), Argentina / alumerel@gmail.com
4
Universidad Nacional de Tres de Febrero (UNTREF), Argentina / yesica.alles@gmail.com
5
Universidad Tecnológica Nacional (UTN), Argentina / a.ariel.gauto@gmail.com
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Las pruebas se realizaron variando tanto la velocidad del flujo de aire como el ángulo, a fin de
analizar la respuesta del rotor en distintos escenarios operativos. Esta caracterización permitió
validar el diseño, ajustar parámetros clave y fortalecer su aplicación en contextos rurales.
Los resultados mostraron que el torque generado alcanzó su valor máximo de 2.42 N.m a 45° de
ángulo de ataque, disminuyendo notablemente a 90° (0.75 N.m), información clave para la
optimización aerodinámica del dispositivo.
PALABRAS CLAVE
Aerogenerador/ Torque/ Variador de frecuencias/ Ángulo de ataque/ Energía eólica
ABSTRACT
This work presents the characterization of the performance of a low-power Savonius wind turbine
developed by the AeroMat Group, based on the measurement of its torque output. To achieve this,
a test bench was designed and built to evaluate wind turbines under controlled conditions. The
experimental setup includes a forced-air wind generator, regulated by a frequency inverter, and
a torque measurement system composed of a digital dynamometer, a lever arm, and a calibrated
spring.
Tests were conducted by varying both the air flow velocity and the rotor angle, in order to analyze
its response under different operating scenarios. This characterization enabled validation of the
proposed design, fine-tuning of key parameters, and strengthened its potential application in
rural contexts.
The results showed that the maximum torque output reached 2.42 N·m at a 45° angle of attack,
decreasing significantly to 0.75 N·m at 90°, providing key data for the aerodynamic optimization
of the device.
KEY WORDS
Wind turbine/ Torque/ Frequency inverter/ Angle of Attack/ Wind energy
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CONTEXTO
El presente trabajo se desarrolló en el marco de un proyecto financiado a través del programa
Proyectos de Tecnología para la Innovación Social (PTIS) del Ministerio de Ciencia,
Tecnología e Innovación (MinCyT).
La iniciativa fue coordinada por el Grupo AeroMat en beneficio de la Escuela Primaria Nº8
Almafuerte y el Municipio de Guaminí, con el apoyo técnico de diversas instituciones, entre
ellas la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), la Universidad Nacional de Tres de
Febrero (UNTREF), la Universidad Provincial del Sudoeste (UPSO) y el Centro Educativo para
la Producción Total Nº6 (CEPT Nº6).
El objetivo general del proyecto fue desarrollar y validar tecnologías adaptadas a entornos rurales,
promoviendo soluciones energéticas sostenibles mediante la integración de sistemas de
generación eólica de baja potencia.
INTRODUCCIÓN
La energía eólica se ha consolidado como una de las principales alternativas para diversificar la
matriz energética nacional, contribuyendo a un desarrollo sostenible, a la mitigación del cambio
climático y a la reducción de la dependencia de combustibles fósiles (IRENA, 2021). En
Argentina, el aprovechamiento de la energía eólica no solo se impulsa en grandes parques, sino
también mediante el desarrollo de aerogeneradores de baja potencia destinados a abastecer
comunidades rurales y zonas aisladas. En particular, los beneficios de este tipo de tecnologías
aplicadas en escuelas rurales sin acceso a la red eléctrica han sido ampliamente documentados en
diversos estudios (Gamboa & Bravo, 2017).
Dentro de este marco, los aerogeneradores de eje vertical tipo Savonius ofrecen una alternativa
accesible y robusta. Su capacidad para operar eficazmente a bajas velocidades de viento y su bajo
mantenimiento los convierte en una solución ideal para entornos rurales, donde se busca asegurar
un suministro eléctrico confiable y autónomo (Akwa, Vielmo & Petry, 2012).
Con el objetivo de caracterizar el desempeño del aerogenerador Savonius diseñado por el grupo
AeroMat, Figura 1, se llevó adelante una experiencia centrada en la medición del torque generado
bajo diferentes condiciones de viento. Para ello, se construyó un banco de ensayos que integra un
sistema de generación de viento mediante ventilación forzada, un variador de frecuencia y un
dinamómetro digital para la medición de fuerza.
Esta caracterización resulta fundamental para validar el diseño, optimizar su eficiencia
aerodinámica y asegurar su adecuada implementación en proyectos de electrificación rural, como
el previsto en una escuela del partido de Guaminí. De este modo, el presente trabajo contribuye
al desarrollo tecnológico local y al fortalecimiento de estrategias de acceso equitativo y sostenible
a la energía.
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Figura 1 - Aerogenerador Savonius grupo AeroMat.
Fuente: elaboración propia.
Como se mencionó previamente, este trabajo se basa en la medición del torque, que es la fuerza
requerida para generar un movimiento de rotación (Sears & Zemansky, 2009), y se calcula
utilizando la siguiente ecuación:
M = F x D (1)
Dicha ecuación muestra el producto vectorial entre la fuerza ejercida sobre un punto (F), y la
distancia entre el punto de aplicación de esa fuerza y el eje de rotación (D).
Figura 2 - Esquema del momento generado sobre una rueda, por el producto vectorial de los
vectores F y r.
Fuente: (Fisicalab, s.f.)
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OBJETIVOS
El objetivo de este trabajo fue obtener una caracterización precisa del comportamiento de un
aerogenerador Savonius desarrollado por el Grupo AeroMat, mediante la medición de su
rendimiento en términos de torque. Esta caracterización permitió validar el diseño propuesto y
ajustar los parámetros operativos, con miras a su instalación en una escuela rural del Partido de
Guaminí.
METODOLOGÍA
Banco de ensayos para evaluación de aerogeneradores
Para medir el momento estático desarrollado por el aerogenerador a distintas velocidades de
viento y en diferentes posiciones del rotor, se mecanizó la polea del eje para incorporar en ella
una varilla de acero inoxidable. Esta varilla actúa como brazo de palanca y está sujeta a un
dinamómetro.
Este mecanismo frena al rotor, generando un par de la misma magnitud pero en sentido opuesto
al producido por la acción del viento sobre el rotor. De esta manera, se obtiene el torque estático
midiendo la tensión generada en el dinamómetro y conociendo la distancia al eje del rotor.
Sistema generación de viento
Ventilador
Para el sistema de generación de viento, encargado de simular las condiciones de viento a las que
se encuentra sometido el aerogenerador, se utilizó un ventilador axial industrial, Figura 3. Este
ventilador permite recrear flujos de aire controlados y uniformes, fundamentales para realizar
ensayos precisos en un entorno de laboratorio. Las características técnicas del ventilador axial
empleado en el sistema se encuentran detalladas en la Tabla 1.
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Marca
Davica
Modelo
R63TAT
Tipo
Axial
Potencia (W)
906
RPM
940 - 1130
Diámetro (mm)
630
Corriente (Amp.)
1.48 - 1.65
Frecuencia (Hz)
50 - 60
N° de paletas
4
Caudal (m3/h)
10870 - 12915
Tabla 1: Características del ventilador industrial
utilizado (DAVICA, 2025).
Figura 3 - Ventilador industrial utilizado.
Fuente: elaboración propia.
Diseño y Construcción del soporte para el ventilador
Para permitir que el ventilador se pueda ajustar según el área de barrido del aerogenerador, se
desarrolló un soporte utilizando diseño CAD en SolidWorks, tal como se observa en la Figura 4.
Este soporte tiene la capacidad de modificar la altura a la que se encuentra ubicado el ventilador,
permitiendo su ajuste en intervalos de 15 cm. Esta flexibilidad facilita la alineación precisa del
ventilador con el aerogenerador, asegurando que las pruebas se realicen bajo condiciones
controladas y representativas del flujo de viento al que estará expuesto el aerogenerador en un
entorno real.
El diseño de dicho soporte fue pensado de tal forma que el centro de gravedad sea lo más bajo
posible, para lograr una mayor estabilidad.
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Figura 4 - Esquema del soporte en las vistas frontal y lateral, con sus respectivas medidas.
Fuente: elaboración propia.
Construcción soporte
A continuación, se presentan imágenes que documentan el proceso de construcción del soporte,
desde las primeras etapas hasta su estado final.
El trabajo incluyó el corte de perfiles de hierro utilizando una sierra sensitiva Metabo CS 14-15,
así como el corte de refuerzos de duraluminio con una guillotina a pedal. Posteriormente, se
procedió al armado de la estructura, empleando bulones para la unión de los distintos
componentes, lo que permitió asegurar una correcta alineación, firmeza y estabilidad del conjunto.
Tal como se observa en la Figura 5.
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Figura 5 - Proceso construcción soporte ventilador.
Fuente: elaboración propia.
Figura 6 - Soporte del ventilador armado. Fuente: elaboración propia.
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Variador de frecuencias
Para poder regular la velocidad del viento, se utilizó un variador de frecuencias, desarrollado por
el grupo AeroMat, Figura 7, el cual es un dispositivo electrónico que se encuentra entre la fuente
de alimentación, y el motor eléctrico, y sirve para regular la velocidad de los motores eléctricos,
como el del ventilador industrial utilizado en este caso.
Figura 7 - Variador de frecuencias utilizado.
Fuente: elaboración propia.
En base a las distintas frecuencias utilizadas para hacer las pruebas, se armó la Tabla 2 con las
velocidades del viento promedio para cada frecuencia.
Frecuencia (Hz)
Velocidad promedio (m/s)
3
0.00
10
1.35
20
2.18
30
3.14
40
3.89
45
4.32
50
4.63
Tabla 2 - Velocidad promedio del viento para cada una de las frecuencias utilizadas para medir
el torque del aerogenerador.
Fuente: elaboración propia.
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Montaje y procedimiento de medición
Dinamómetro
Para realizar las mediciones de fuerzas, se utilizó el dinamómetro digital AMF-10 (Figura 8). En
la Tabla 3 se presentan las características de este equipo, incluyendo su rango de medición,
precisión y resolución.
Marca
AMF
Modelo
10
Máximo valor de carga
10 N (1 kg)
Valor de división de carga
0.01N (0.001kg)
Exactitud
±1%
Tipo de mediciones
Empuje
Tipo de dinamómetro
Digital
Tipo de escala del
dinamómetro
Simple
Tabla 3 - Características del dinamómetro digital utilizado
Figura 8 - Dinamómetro AMF-10
Sistema generación de viento
Para realizar los ensayos, se colocó el aerogenerador a una distancia de 2,5 metros del ventilador,
Figura 9, de manera que el flujo de aire cubriera toda la superficie del aerogenerador de la forma
más uniforme posible.
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Figura 9 - Sistema generación de viento
Fuente: elaboración propia.
Se utilizó el anemómetro digital Uni-T modelo UT363S para medir la velocidad del viento a la
altura del aerogenerador durante los ensayos, Figura 10, y se fueron registrando las velocidades
promedio.
Figura 10 - Anemómetro digital Uni-T modelo UT363S
Fuente: elaboración propia.
Sistema medición de torque
En la Figura 11, se puede observar el sistema medición de torque , desarrollado a partir de las
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consideraciones expuestas en el presente informe, con el fin de medir el par generado durante
las pruebas.
Para las pruebas, se empleó un resorte comercial F-18, cuya selección se fundamentó en su
coeficiente de elasticidad más estable y en su capacidad de proporcionar mediciones más precisas
y controladas de la fuerza aplicada, en comparación con otras alternativas.
La longitud del brazo de palanca utilizada fue de 40,5 cm, permitiendo realizar las mediciones
dentro del rango operativo adecuado del dinamómetro digital AMF-10.
Figura 11- Sistema medición torque estático.
Fuente: elaboración propia.
Finalmente, con el sistema ya armado, se efectuaron las mediciones con el dinamómetro. Estas
mediciones se realizaron para distintas velocidades del viento generadas por el ventilador,
variando las frecuencias de acuerdo a la Tabla 2, y para diferentes ángulos de ataque del Savonius,
abarcando los ángulos de 0°, 45°, 90°, 135° y 180°.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
A partir de los datos obtenidos en los ensayos, y sabiendo que el brazo de palanca mide 0.375 m,
se calculó el torque del aerogenerador con la Ecuación 1.
Los resultados obtenidos para los distintos ángulos ensayados se muestran en las Tablas 4, 5, 6, 7
y 8.
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Aerogenerador a un ángulo de 0°
Frecuencia
(Hz)
Dinamómetro pico (N)
Vel. Prom.
(m/s)
Torque (Nm)
3.00
0.00
0.00
0.00
10.00
0.20
1.15
0.08
20.00
01.01
2.20
0.38
30.00
1.96
2.80
0.73
40.00
3.84
3.70
1.44
45.00
3.47
4.30
1.30
50.00
4.54
4.40
1.70
Tabla 4 - Resultados aerogenerador a un ángulo de 0°.
Fuente: elaboración propia.
Aerogenerador a un ángulo de 45°
Frecuencia
(Hz)
Dinamómetro pico (N)
Vel. Prom.
(m/s)
Torque (Nm)
3.00
0.00
0.00
0.00
10.00
0.00
1.32
0.00
20.00
0.91
2.15
0.34
30.00
2.97
3.15
1.11
40.00
5.59
3.97
2.09
45.00
6.46
4.20
2.42
Tabla 5 - Resultados aerogenerador a un ángulo de 45°.
Fuente: elaboración propia.
Aerogenerador a un ángulo de 90°
Frecuencia
(Hz)
Dinamómetro pico (N)
Vel. Prom.
(m/s)
Torque (Nm)
3.00
0.00
0.00
0.00
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10.00
0.00
1.53
0.00
20.00
0.23
2.20
0.09
30.00
0.49
3.33
0.18
40.00
01.01
3.70
0.38
45.00
1.99
4.22
0.75
50.00
1.92
4.35
0.72
Tabla 6 - Resultados aerogenerador a un ángulo de 90°.
Fuente: elaboración propia.
Aerogenerador a un ángulo de 135°
Frecuencia
(Hz)
Dinamómetro pico (N)
Vel. Prom.
(m/s)
Torque (Nm)
3.00
0.00
0.00
0.00
10.00
0.05
1.26
0.02
20.00
0.52
2.30
0.19
30.00
01.07
3.40
0.40
40.00
1.70
4.34
0.64
45.00
1.91
4.80
0.72
50.00
2.71
5.30
1.02
Tabla 7 - Resultados aerogenerador a un ángulo de 135°.
Fuente: elaboración propia.
Aerogenerador a un ángulo de 180°
Frecuencia
(Hz)
Dinamómetro pico (N)
Vel. Prom.
(m/s)
Torque (Nm)
3.00
0.00
0.00
0.00
10.00
0.22
1.51
0.08
20.00
0.92
02.05
0.35
30.00
1.18
3.00
0.44
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40.00
2.47
3.76
0.93
45.00
3.47
04.08
1.30
50.00
3.20
4.48
1.20
Tabla 8 - Resultados aerogenerador a un ángulo de 180°.
Fuente: elaboración propia.
Gráfico 1 - Variación del torque estático en función del ángulo del rotor, para distintas
velocidades del viento.
Fuente: elaboración propia.
CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos permiten validar experimentalmente el comportamiento teórico del
aerogenerador Savonius, en concordancia con lo reportado en la bibliografía especializada (Akwa,
J. V., Vielmo, H. A., & Petry, A. P., 2012). El sistema de medición desarrollado, así como las
condiciones experimentales del ensayo, resultaron adecuados para caracterizar el rendimiento del
rotor.
En particular, se identificó al ángulo de 45° como la configuración óptima de operación. A nivel
teórico, este ángulo favorece una interacción eficiente del flujo de aire con las palas, generando
una diferencia de presiones significativa entre ambas caras de cada pala, lo que maximiza la
producción de torque. Esta hipótesis fue corroborada experimentalmente: la tabla 5 muestra un
valor máximo de torque de 2,42 N·m a una velocidad de viento de 4,20 m/s, y el Gráfico 1 refleja
este comportamiento con un máximo claro en la curva correspondiente al ángulo de 45°. Además,
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la comparación con las tablas 4, 6, 7 y 8 evidencia que los torques medidos en otros ángulos son
significativamente menores.
En contraste, el ángulo de 90° representa la condición menos eficiente. En esta posición, las palas
se encuentran perpendiculares al flujo de aire, lo que reduce casi por completo la diferencia de
presiones entre sus caras, disminuyendo la fuerza de arrastre que impulsa la rotación del rotor.
Esta disminución se refleja en la tabla 6, donde se registró un torque máximo de sólo 0,75 N·m
para una velocidad de 4,22 m/s, así como en el Gráfico 1, donde se observa un mínimo en la curva
correspondiente a dicho ángulo.
En resumen, el estudio confirma que el ángulo de 45° proporciona la mayor eficiencia
aerodinámica en términos de generación de torque, mientras que los 90° resultan ineficaces para
la conversión de energía eólica en energía mecánica, representando una reducción de más del 75%
en el rendimiento. Estos resultados refuerzan la validez del diseño y su potencial aplicación en
contextos rurales, como parte de soluciones tecnológicas accesibles y sustentables.
A modo de mejorar el banco de pruebas armado, se piensa como futuro trabajo incorporar un
segundo ventilador al soporte. Esto permitiría aumentar el área de trabajo y simular condiciones
de viento más intensas.
BIBLIOGRAFÍA
A review on the performance of Savonius wind turbines. Akwa, J. V., Vielmo, H. A. y Petry, A.
P. s.l. : Elsevier, 2012, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 16, págs. 3054-3064.
Gamboa, C., & Bravo, N. (2017). Implementación de energías renovables en escuelas rurales:
un enfoque de desarrollo sustentable. Revista Iberoamericana de Energía, 11(1), 45–56.
DAVICA. (2025). Ficha técnica del ventilador axial modelo R63TAT.
http://www.davica.com.ar/ventiladores-axiales-630.html
Fisicalab. (s.f.). Momento de una fuerza. https://www.fisicalab.com/apartado/momento-fuerza
International Renewable Energy Agency (IRENA). (2021). World energy transitions outlook:
1.5°C pathway. https://www.irena.org/publications/2021/Jun/World-Energy-Transitions-
Outlook
Sears, S. F., & Zemansky, Z. M. (2009). University Physics. Pearson Education.
Fecha de recepción: 12/05/2025
Fecha de aceptación: 10/06/2025
