Simulación computacional del comportamiento aeroestructural de un módulo multieje de turbinas eólicas híbridas VAWT

Abstract

Hoy en día, se vive un momento de alta incertidumbre sobre cómo sostener los distintos y avanzados procesos productivos y herramientas tecnológicas que se utilizan a diario para facilitar nuestra vida, esto considerando que sus fuentes de generación de energía que más se han usado a lo largo de la historia contribuyen a un crecimiento del calentamiento global. Debido a esto, este trabajo tiene como principal objetivo estudiar y evaluar el comportamiento de una estructura compuesta por múltiples turbinas eólicas de eje vertical y de baja potencia, analizando su capacidad de generación energética, según la configuración final del módulo eólico que se concluya. Esta propuesta de solución se basa en un conjunto de 16 aerogeneradores de 100 x 200 [cm], alineados en un mismo plano y que incorporan el uso de toberas en zonas poco aprovechadas previamente, con el fin de maximizar el rendimiento de cada aerogenerador y del módulo eólico en su totalidad. Para esto, se rediseñó el módulo eólico mediante el software Autodesk Inventor 2022, creando distintos tipos y diseños de toberas. Luego, mediante Autodesk CFD 2022 se evaluó el rendimiento de este frente a distintos flujos de viento, observando la evolución de la velocidad angular y la potencia generada. Finalmente, como resultado principal, se obtuvo un módulo eólico optimizado con la utilización de toberas convergentes en zonas “muertas” o desaprovechadas por la estructura, registrando una mejora en el rendimiento de un 20% por aerogenerador que compone al módulo eólico. Además de esto, se evaluó su rendimiento frente a viento con distintas características, considerando variables como su intensidad de turbulencia y velocidad del viento. Este trabajo aporta con una nueva herramienta tecnológica, caracterizada por su diseño eficiente, que es capaz de generar energía de manera sustentable y de forma independiente, siendo una nueva alternativa en cuanto a las tecnologías ya existentes dentro del sector eólico y dentro del sector energético a baja potencia. Nowadays, there is a momento of high uncertainty about how the different and advanced processes and technologies that are used daily to facilitate our lives are sustained, considering that their sources of energy generation that have been used the most throughout history constributes to a growth of global warming. Due to this, the main objective of this work is to study and evaluate the behavior of a structure composed of multiple low power vertical axis wind turbines, analyzing its energy generation capacity, according to the final configuration of the wind module that is completed. This solution proposal is based on a set of 16 wind turbines of 100 x 200 [cm], aligned in the same plane and that incorporate the use of nozzles in previously little used áreas, in order to maximize the perfomance of each wind turbine and the wind module in its entirety. For this, the wind module was redesigned using Autodesk Inventor 2022 software, creating different types and designs of nozzles. Then, using Autodesk CFD 2022, its performance was evaluated against different wind flows, observing the evolution of the angular velocity and the power generated. Finally, as the main result, an optimized wind module was obtained with the use of converging nozzles in “dead” zones or areas not used by the structure, registering an improvement in performance of 20% per wind turbine that makes up the wind module. In addition to this, its performance against wind with different characteristics was evaluated, considering variables such as its intensity of turbulence and wind speed. This work contributes with new technology tool, characterized by its efficient design, which is capable of generating energy in a sustainable and independent way, being a new alternative in terms of existing technologies within the wind sector and within the energy sector, specifically at low power.