Modelado Y Simulación Aerodinámica De Un Perfil De Microturbina Eólica De Eje Vertical Darrieus Tipo H De Tres Álabes

Abstract

Durante varios años atrás, se han presentado bastantes investigaciones de distintos autores acerca de la energía eólica. En el trabajo de Aslam et. al., 2012 estudiaron turbinas eolicas de eje vertical VAWT por sus siglas en inglés (Vertical Axis Wind Turbine), junto con sus ventajas y desventajas, además con diversas configuraciones para mejorar su coeficiente de potencia Cṗ y su relación con la velocidad de punta TSR por sus siglas en inglés (Tip Speed Ratio). Para este tipo de turbinas se debe tener en cuenta el diseño óptimo en tanto a variciones geometricas y condiciones del entorno para la búsqueda de un mejor rendimiento, Islam, et. al., 2008 encontraron que el diseño más utilizado es la turbina de hoja recta, por sus resultados aerodinámicos, igualmente como lo planteó Hashem & Mohamed., 2018 haciendo pruebas en una turbina tipo H encontrando buenos resultados en su rendimiento. El diseño geométrico del perfil alar es sumamente importante para el rendimiento, al igual que las posiciones de ángulos de ataque a las cuales se someterá el perfil. Por ejemplo, Rezaeiha, et. al., 2017 realizó pruebas con variaciones de cargas axiales y momentos, así mismo para un ángulo de ataque entre -7° a +3° y vorticidad, donde la velocidad varía según su punto de perturbación, todo esto implementando en dinámica de fluidos computacional CFD por sus siglas en inglés (Computational Fluid Dynamics). Todos estos estudios que se realizaron, se hicieron pensando en el consumo energético de la sociedad y buscando minimizar el impacto ambiental que se presenta hoy en día. Este proyecto se realizó con la finalidad de tratar de mejorar el coeficiente de potencia Cṗ de una turbina Darrieus tipo H de tres álabes, por medio de su coeficiente de arrastre Cd y su coeficiente de sustentación CL, dónde el primero es la resistencia aerodinámica y el segundo es la presión ejercida en el perfil alar para que haya un empuje, estos dos coeficientes juegan un papel importante en el valor del coeficiente de torque CM, ya que si se aumenta este dato el mecanismo de giro de la turbina es mejor. Se seleccionó un perfil alar con mejor resultado de coeficiente de potencia entre los perfiles NACA0015, NACA0018 y NACA0021, donde el estudio (Lee & Lim, 2015) mostró un mejor coeficiente de potencia para el NACA0015 de 0.36 para TSR de 2, se modificó su geometría tanto en su longitud de cuerda LC y el espesor máximo e dado en porcentaje según la longitud de cuerda, y todas sus condiciones

de trabajo se basaron en la literatura ya mencionada. Se realizaron 20 simulaciones para ángulos de ataque entre 0° y -4° en intervalos de un grado, donde la rotación del ángulo del álabe es negativo cuando se dirige hacia el interior y positivo cuando se dirige al exterior; se utilizó el software ANSYS Fluent y se desarrolló con el modelo numérico Reynolds Stress, esto buscando mejorar el coeficiente de potencia.