Modelado Y Simulación Aerodinámica De Un Perfil De Microturbina Eólica De Eje Vertical Darrieus Tipo H De Tres Álabes
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,...
- Autores:
-
Arenas Burbano, César Mauricio
Quiroga Cortés, William Rodrigo
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2018
- Institución:
- Universidad Libre
- Repositorio:
- RIU - Repositorio Institucional UniLibre
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repository.unilibre.edu.co:10901/15468
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/10901/15468
- Palabra clave:
- Aerodinámica
Turbinas
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Ingeniería Mecánica
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Simulación aerodinámica modelado microturbina eólica álabes Darrieus |
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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. |
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Antezana Nuñes, J. C. (2004). Diseño y Construcción de un Prototipo de Generador Eólico de Eje Vertical. Tesis de Pregrado, Universidad de Chile, Chile. Bayona, C. A., Londoño, L. P., & Nieto, E. A. (2015). Identificación del modelo de turbulencia más adecuado, utilizando sofware de dinámica de fluidos computacional, para el diseño del vehículo urbano de la competencia shell eco marathon. Tesis de pregrado, Universidad San Buenaventura, Bogotá Cáceres Luque, S. A. (2014). Estudio y modelamiento de una turbina eólica de eje vertical de pequeña escala. Tesis de Pregrado, Universidad de Chile, Chile. Campuzano, E. (30 de Noviembre de 2009). Mecanica de Fluidos II. Obtenido de https://sites.google.com/site/0902eliezerc/stress-reynold Capote, J., Alvear, D., Abreu, O., Lázaro, M., & Espina, P. (2008). Influencia del modelo de turbulencia y del refinamiento de la discretización espacial en la exactitud de las simulaciones computacionales de incendio. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, 230-231. Celso Rangel, T. J. (2012). Desempeño aerodinámico de turbinas eólicas de eje vertical en función de temperatura de superficie de álabe. Tesis de Maestría, Universidad de Chile, Santiago de Chile. Cengel, Y., & Cimbala, J. (2006). Mecánica de fluidos : fundamentos y aplicaciones. Ciudad de México: McGraw-Hill. Chávez Velázquez, S. L. (2010). Diseño de un microaerogenerador de eje vertical. Tesis de Pregrado, Universidad Nacional Autónoma de México, México. Energética Futura. (9 de Enero de 2010). Energética Futura. Obtenido de https://energeticafutura.com/blog/cuanta-energia-se-puede-sacar-del-vientolimite-de-betz/ Fernandez Diez, P. (1993). Energía Eólica. Santander, España: Servicio Publicaciones E.T.S.I. Industriales y T. Gaviria Navarro, J. (23 de Noviembre de 2015). Numero de Reynolds. Obtenido de http://mecanicadefluidoscod5131587.blogspot.com.co/2015/11/numero-dereynolds.html Gómez Rivera, W., Aperador Chaparro, W., & Delgado Tobón, E. (2011). Desarrollo de rotores para turbina eólica de 200 vatios mediante la implementation de tecnología local. Ingeniería y Universidad, 303-318. Obtenido de http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0123- 21262011000200001&lng=en&tlng=es Guauque Pesca, E. A., & Torres Ardila, G. F. (2014). Análisis aerodinámico de una microturbina eólica de eje vertical para la generación de energía eléctrica en zona urbana de Bogotá, Colombia. Tesis de Pregrado, Universidad Libre, Colombia. ICONTEC. (2008). Aerogeneradores: Ensayo de curva de Potencia (NTC 5343). En ICONTEC. Bogotá: ICONTEC. ICONTEC. (2008). Aerogeneradores: Requisitos de Diseño (NTC 5363). En ICONTEC. Bogotá: ICONTEC. IDEAM/UPME. (2006). Atlas de Viento y Energía Eólica de Colombia. Bogota, Colombia: Imprenta Nacional de Colombia. IDEAM/UPME. (2015). Atlas de Viento de Colombia. Obtenido de http://atlas.ideam.gov.co/visorAtlasVientos.html# Orduz Berdugo, O. I., & Suárez Perez, J. E. (2011). Diseño y construcción de un prototipo de turbina eólica de eje vertical para generación a baja potencia. Tesis de Pregrado, Universidad industrial de Santander, Colombia. Pinzon Paz, S. (2013). El perfil alar y su nomenclatura NACA. Ciencia y Poder Aéreo, 8:26-32. Obtenido de https://www.publicacionesfac.com/index.php/cienciaypoderaereo/article/vie w/4/106 Portafolio. (5 de Diciembre de 2016). Portafolio. Obtenido de http://www.portafolio.co/innovacion/energias-renovables-en-colombia502061 Sánchez Vázquez, J. (2014). Simulación numérica directa en paralelo de las ecuaciones de navier-stokes en flujos con capa límite desprendida. Aplicaciones en instalaciones deportivas con gradas cubiertas. Proyecto de Grado, Universidad de Sevilla, Sevilla, España. Universidad Nacional del Santa. (2014). Biblioteca UNS. Obtenido de http://biblioteca.uns.edu.pe/saladocentes/archivoz/curzoz/eolica_2014u3_1. pdf Wikipedia. (21 de Diciembre de 2017). Wikipedia. Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_e%C3%B3lica#Darrieus Wikipedia. (27 de Enero de 2018). Wikipedia. Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Aerogenerador World wind energy association. (12 de Febrero de 2018). WWEA. Obtenido de http://www.wwindea.org/2017-statistics/ |
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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.PDFapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiainfo:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2AerodinámicaTurbinasLevasAerodynamic simulationmodelingwind microturbinebladesIngeniería MecánicaAerodinámicaEnergía eólicaMecatrónicaSimulación aerodinámicamodeladomicroturbina eólicaálabesDarrieusModelado Y Simulación Aerodinámica De Un Perfil De Microturbina Eólica De Eje Vertical Darrieus Tipo H De Tres ÁlabesTesis de Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisAntezana Nuñes, J. C. (2004). Diseño y Construcción de un Prototipo de Generador Eólico de Eje Vertical. Tesis de Pregrado, Universidad de Chile, Chile.Bayona, C. A., Londoño, L. P., & Nieto, E. A. (2015). Identificación del modelo de turbulencia más adecuado, utilizando sofware de dinámica de fluidos computacional, para el diseño del vehículo urbano de la competencia shell eco marathon. Tesis de pregrado, Universidad San Buenaventura, BogotáCáceres Luque, S. A. (2014). Estudio y modelamiento de una turbina eólica de eje vertical de pequeña escala. Tesis de Pregrado, Universidad de Chile, Chile.Campuzano, E. (30 de Noviembre de 2009). Mecanica de Fluidos II. Obtenido de https://sites.google.com/site/0902eliezerc/stress-reynoldCapote, J., Alvear, D., Abreu, O., Lázaro, M., & Espina, P. (2008). Influencia del modelo de turbulencia y del refinamiento de la discretización espacial en la exactitud de las simulaciones computacionales de incendio. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, 230-231.Celso Rangel, T. J. (2012). Desempeño aerodinámico de turbinas eólicas de eje vertical en función de temperatura de superficie de álabe. Tesis de Maestría, Universidad de Chile, Santiago de Chile.Cengel, Y., & Cimbala, J. (2006). Mecánica de fluidos : fundamentos y aplicaciones. Ciudad de México: McGraw-Hill.Chávez Velázquez, S. L. (2010). Diseño de un microaerogenerador de eje vertical. Tesis de Pregrado, Universidad Nacional Autónoma de México, México.Energética Futura. (9 de Enero de 2010). Energética Futura. Obtenido de https://energeticafutura.com/blog/cuanta-energia-se-puede-sacar-del-vientolimite-de-betz/Fernandez Diez, P. (1993). Energía Eólica. Santander, España: Servicio Publicaciones E.T.S.I. Industriales y T.Gaviria Navarro, J. (23 de Noviembre de 2015). Numero de Reynolds. 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