Resumen

En la investigación en diseño de turbinas eólicas, comúnmente es necesario analizar su comportamiento al usar diferentes tipos de perfiles en sus alabes. De éstos, es necesario conocer sus coeficientes de sustentación y arrastre; sin embargo, estos datos no están disponibles para todos los perfiles con que se desea experimentar. En este artículo se explora una alternativa con la que se cuenta para la determinación de estos coeficientes y se implementa la metodología para la generación de los datos de un perfil curvado.

INTRODUCCIÓN

El comportamiento de los dispositivos aerodinámicos, depende principalmente de los coeficientes de sustentación (C_L) y arrastre (C_D), de las partes que estén en contacto con el fluido. Las turbinas eólicas son dispositivos aerodinámicos que extraen energía del viento para transformarla en energía mecánica o eléctrica.

Las  hélices  de  las  turbinas,  normalmente  están diseñadas con base a perfiles aerodinámicos estandarizados como los NACA.  Para  algunos de estos perfiles es posible encontrar datos completos de C_L y C_D, obtenidos a partir de numerosos ensayos en túneles de viento. Esta experimentación resulta ser un trabajo largo y tedioso, pero es sin duda la manera más verídica de obtener datos de comportamiento de perfiles aerodinámicos [1] [2].

La cantidad  de  datos,  debe  permitir  obtener  los valores en rangos de ángulos de ataque (α) de -110º a 110º y números de Reynolds  (Re)  entre 50.000 y 650.000. Estos valores sólo se encuentran disponibles para pocos perfiles, más específicamente perfiles NACA simétricos, como los: 0012, 0018, 0021, 0025.

La investigación expuesta en este artículo aplica tanto para turbinas eólicas horizontales como  para verticales. En las horizontales se necesitan los coeficientes, debido a las variaciones de la velocidad del viento y de la velocidad lineal del rotor a lo largo de la pala; y en las verticales, dado el movimiento circunferencial que experimenta el perfil y las variaciones de la velocidad del viento. Dichas variaciones afectan el triángulo de velocidades y por lo tanto ocasionan cambios en la velocidad relativa y en el ángulo de ataque real experimentado por el perfil.

En el diseño de las turbinas eólicas de eje vertical, con las que se trabaja en esta investigación, se han usado tradicionalmente perfiles simétricos, éstos tiene un comportamiento aceptable con ciertos problemas a los que se les ha planteado sus respectivas soluciones. Sin embargo recientes investigaciones han mostrado que los perfiles curvados, podrían llegar a tener un comportamiento más apropiado para la extracción de energía. Ahora, el problema de investigar con éstos es que no se cuentan con los datos de C_L y C_D en los rangos deseados. Ocasionalmente, si se usan perfiles del aeromodelismo es posible encontrar datos para Reynolds entre 100.000 y 300.000 a ángulos de ataque entre -5º y 15º, los cuales no son suficientes [3].

Para obtener estos datos, lo mejor sería realizar un modelo físico, hacer el diseño del experimento y con ayuda de un túnel de viento y los instrumentos de medida apropiados, generar los datos para cada uno de los perfiles. Si esto se lleva a cabo bien, los resultados corresponderían a los reales del perfil.

• Materias:Turbinas Mecánica de fluidos Energía eólica Cálculo numérico
• Subjects:Turbines Fluid mechanics Wind energy Numerical calculations
• Palabras claves:Turbina eólica, coeficientes de sustentación, coeficientes de arrastre, método de los paneles, extensión de ángulos de ataque.
• Keywords:Wind Turbine, lift coefficient, drag coefficient, panel method, extension of angles of attack