Desarrollo de prototipo de generación eléctrica eólica por medio de movimientos oscilantes

Se realizo el diseño de un prototipo de generación eléctrica eólica que funciona por medio de movimientos oscilante. A través de la metodología de diseño QFD se pudo analizar la viabilidad del producto, para posteriormente y por medio de una revisión bibliográfica, proponer 5 alternativas del dispositivo generador de electricidad, las cuales fueron estudiadas computacionalmente para predecir el comportamiento de un aerogenerador no convencional funcional mediante movimientos oscilantes, verificando el efecto causado por el aire sobre el cuerpo del aerogenerador en simulaciones fluidodinámicas (Software ANSYS-Fluent) y resistencia estructural de elementos (ANSYS-Mechanical-Structural). Se obtuvo un prototipo de aerogenerador generando un coeficiente de arrastre bajo y buen comportamiento estructural. Se inició mediante varias alternativas conceptuales de aerogeneradores revisando investigaciones previas, luego se realizó un estudio de dinámica computacional de fluidos (CFD) tridimensional y bajo condiciones de flujo estacionario, ya que una condición turbulenta implica mayor costo computacional. Las simulaciones fluidodinámicas fueron realizadas con aire como fluido (V=7,361 m/s como velocidad promedio en una flota de transporte masivo de pasajeros en Colombia). Se seleccionó el modelo de turbulencia k-ω SST (Shear-Stress-Transport) por la naturaleza del fluido, sugerencia de estudios previos en simulación de aerogeneradores sin palas. En el estudio CFD de las alternativas se evidencia que uno de estos prototipos genera un bajo coeficiente de arrastre (0,73) comparadas con otras propuestas, indicando idoneidad de la aplicación futura del aerogenerador. Las simulaciones estructurales fueron realizadas bajo una condición de cargas combinadas, obteniendo un perfil de presión estacionaria sobre las caras del aerogenerador a través de las simulaciones CFD y aplicando un valor de presión oscilante (Fr= 634,167 Hz). La estructura final del aerogenerador se compone de Nylon-6, acero galvanizado y estructural. El estudio FEM revela deformación máxima en la placa vibratoria (3,19 mm) permitiendo deformar y generar energía mediante las placas de material piezoeléctrico. Palabras clave: Vibración Inducida por Vórtices (VIV), Dinámica Computacional de Fluidos (CFD), análisis estructural, Energy Harvesting, piezoeléctrico, aerogenerador no giratorio.

• Autores: Paez Ortiz, Sergio David
• Tipo de recurso: Trabajo de grado de pregrado
• Fecha de publicación: 2022
• Institución: Universidad Santo Tomás
• Repositorio: Repositorio Institucional USTA
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repository.usta.edu.co:11634/44325
• Acceso en línea: http://hdl.handle.net/11634/44325
• Palabra clave: Vortex-induced vibration (VIV); Computacional Fluid Dynamics (CFD); Structural analysis; Piezoelectric materials; Non-rotating wind turbine; energy harvesting; Movimiento de vórtices; Dinámica de fluidos; Energía; Vibración Inducida por Vórtices (VIV); Dinámica Computacional de Fluidos (CFD); análisis estructural; piezoeléctrico; aerogenerador no giratorio; Recolección de energía
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