Estudio numérico del comportamiento aerodinámico de los álabes de un aerogenerador de 10 KW para mejorar su eficiencia

• Autor: Rodríguez Díaz, Christian Vladimir
• Formato: tesis de maestría
• Fecha de Publicación: 2019
• Institución: Universidad Nacional de Ingeniería
• Repositorio: UNI-Tesis
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:cybertesis.uni.edu.pe:20.500.14076/18962
• Enlace del recurso: http://hdl.handle.net/20.500.14076/18962
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Aerogeneradores; Dinámica de fluidos computacional; Algoritmos Genéticos; https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.03.02

En las últimas décadas, la utilización de tecnologías de generación eléctrica a partir de energías renovables no convencionales viene en aumento. En particular, las tecnologías que involucran paneles fotovoltaicos y aerogeneradores son dos de las alternativas más estudiadas y empleadas en aplicaciones prácticas. Las investigaciones sobre aerogeneradores generalmente involucran altas velocidades de viento. Más recientemente, las investigaciones sobre la optimización de aerogeneradores de baja potencia, los cuales funcionan a bajas velocidades de viento, han aumentado. El objetivo principal de esta tesis es estudiar numéricamente los álabes de un aerogenerador de baja potencia de eje horizontal para mejorar su eficiencia. El referido aerogenerador es caracterizado por una potencia de 10 kW y una velocidad de viento incidente de 6 m/s. En consecuencia, una metodología basada en dinámica de fluidos computacional () y la teoría de momento del elemento de pala () para el diseño y predicción de las características aerodinámicas de álabes de aerogeneradores, ha sido inicialmente concebida. Después, un acoplamiento del modelo numérico basado en juntamente con un algoritmo de optimización es llevado a cabo con la finalidad de optimizar perfiles aerodinámicos convencionales. Luego, la geometría óptima de los álabes del aerogenerador estudiado es determinada de forma que se maximice su eficiencia. Finalmente, los álabes diseñados son comparados en términos de desempeño energético e implicancias económicas. El modelo numérico utilizado para simular los perfiles aerodinámicos incluye el uso de una herramienta de . La optimización de los perfiles aerodinámicos es basada en algoritmos genéticos (). Con los perfiles de álabe S809, NACA 4412 y aquel optimizado en este trabajo, tres tipos de álabes (base, comercial y optimizado, respectivamente) son diseñados utilizando la teoría . Finalmente, los tres tipos de álabes así diseñados son comparados en términos cuantitativos. Los resultados muestran que el perfil optimizado presenta una razón de coeficientes de sustentación y arrastre (/) de 96.5, mientras que el perfil base presenta un / de 41.3, para ángulos de ataque () de 6.5° y 6°, respectivamente. Asimismo, el perfil optimizado presenta espesuras y curvaturas máximas de 0.14 (0.14 veces la cuerda) y 0.075 en las posiciones 0.18 y 0.42 , respectivamente. Para las condiciones de diseño, los álabes comerciales y optimizados generan hasta 23.89% y 42.37% de potencia adicional, respectivamente, con respecto a los álabes base.