Eficiencia De Las Turbinas Eólicas

Eficiencia de las Turbinas Eólicas

Andrés Felipe Quintero Acevedo a. Camilo Andrés Rodríguez Hoyos b
a , b Estudiante Ingeniería Mecánica. Universidad Pontificia Bolivariana. Medellín, Colombia.

Resumen
Las simulaciones del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) de aerogeneradores utilizando alta tecnología aplicada a redes dinámicas. Las simulaciones se realizan en un marcode referencia inercial con el rotor compuesto por las palas y el buje. Las geometrías de la torre y la góndola son aproximadas, pero se incluyen en el cálculo. El efecto del ángulo de ataque es evaluado dinámicamente variándolo entre -15° a 40° a una velocidad constante del viento de 15 m/s. Extensa comparación con los resultados experimentales, como la energía total y el empuje, el rendimiento dela sección del coeficiente de fuerza normal y el coeficiente de la presión local, muestra las predicciones consistentemente buenas. La metodología muestra una promesa para los cálculos más complejos, incluido el control de la turbina activa al variar el ángulo de inclinación y de la interacción fluido-estructura.

Palabras clave:

Introducción
La energía eólica disponible en todo el mundo esmucho mayor que el consumo mundial actual de energía. El potencial de generación de energía eólica en tierra y cerca de off-shore se estima en 72 TW, más de cinco veces el consumo mundial actual de energía en todas sus formas [1]. Las predicciones muestran que la capacidad mundial eólica de electricidad se situará en 409 GW en 2014, frente a los 158 GW a finales de 2008, con una tasa decrecimiento promedio anual de 20,9% [2]. Turbinas de viento horizontal son la manera más económica y limpia para aprovechar esta fuente de energía importante. Sin embargo, para el diseño y desarrollo de aerogeneradores más eficientes y confiables, una predicción precisa del comportamiento aerodinámico es de importancia fundamental, ya que la interacción del viento con las hojas influye en la eficiencia.También tiene un efecto significativo sobre las cargas en los rodamientos y la caja de cambios, en última instancia, afectan la vida útil y la fiabilidad de la máquina.

La mayoría de los cálculos hasta la fecha las pruebas de métodos numéricos se comparan con el National Renewable Energy Laboratory (NREL) Experimento aerodinámica inestable (EAU) [12,13], que proporciona una completa informaciónde alta calidad para una modificación de Grumman de 20 kW de doble hoja de la turbina, a prueba en el túnel de viento de la NASA Ames. Los resultados más importantes se encuentran en la VI fase de los experimentos. Un estudio ciego que incluyó a 20 participantes numéricos diferentes que utilizan diferentes códigos CFD se llevó a cabo posteriormente [14].

Varios autores han realizado cálculos CFDde las turbinas eólicas con una variedad de métodos. Sezer-Uzol y largo plazo [15] calcula el NREL Fase VI de la turbina a distintas velocidades de viento y yawangles con el volumen PUMA2 flowsolver finita con la rotación de las redes estructuradas tetraédrica, que muestran un buen acuerdo con el experimento, pero la naturaleza no viscoso del código de resultado en una capacidad limitada parapredecir situaciones en las que se produce la separación del flujo masivo. Sørensen et al. [16] estudiaron en 3-D los efectos aerodinámicos en función de la velocidad del viento mediante el uso de los volúmenes finitos multibloque, incompresible el flujo RANS solucionador EllipSys3D con una configuración de rotor de sólo. Buen acuerdo cualitativo y cuantitativo con mediciones experimentalesdemuestran las ventajas de los enfoques de CFD para la simulación de aerogeneradores. Tal vez el estudio aerodinámico más completo hasta la fecha ha llevado a cabo por Duque et al. [17], que realiza los cálculos de la turbina de NREL Fase VI con el solucionador de flujo compresible NASA RANS desbordamiento-D, con base en un enfoque de diferencias finitas y desbordado la red [18]. Los autores comparan los...