Vortex Induced Aerodynamic Noise Generation from Wind Turbine Blades

Generación de ruido aerodinámico inducido por vórtice a partir de palas de turbinas eólicas

Una fuente de ruido aerodinámico importante de la superficie de elevación se produce desde el borde posterior de un perfil aerodinámico como se encuentra en las palas de la turbina eólica. En este trabajo, se aplica el método semi-empírico propuesto por Brookes, Pope, Marcolini para evaluar la fuente de ruido de desprendimiento de vórtices de borde romo. Para flujos con un número Mach bajo (0.1884) y un número de acordes de Reynolds de moderado a alto, 4.73 × 10⁵ - 3.35 × 10⁶, se evaluó el cambio en el nivel de potencia acústica para espesores de borde posterior en términos de longitudes de acordes de 0.1%, 0.5% y 1% al viento velocidades de 8 m / s, 10 m / s. Para el cambio general del grosor del borde de salida del acorde del 0.1% al 1%, se encontró un aumento en los niveles de ruido de hasta 50 dB a bajas frecuencias, mientras que se encontró una disminución de hasta 30 dB entre las frecuencias medias y altas de los espectros.

1. Introducción

Las palas de las turbinas eólicas producen ruido aerodinámico cuando funcionan en terrenos variados como pastizales, colinas o superficie de mar abierto. El ruido aerodinámico producido por las aspas puede oírse a frecuencias audibles, lo que causa molestias y alteraciones del sueño, además de crear problemas de salud, como el estrés a los habitantes. Los habitantes de diferentes comunidades de todo el mundo tienen opiniones encontradas en cuanto a la presencia del funcionamiento de las turbinas eólicas situadas cerca de sus hogares. Por lo tanto, las normas de regulación del ruido se aplican en varios países, por ejemplo, el Reino Unido, Alemania, Dinamarca y Suecia, donde el umbral del nivel de ruido ambiental exterior es de 55 dB durante el día y de 40 dB durante la noche, con una diferencia de 15 dB para las zonas urbanas mixtas [1]. En el siglo pasado, el tamaño de las turbinas eólicas era predominantemente más pequeño debido a las limitadas aplicaciones, sin embargo, en las últimas décadas el tamaño de las turbinas eólicas modernas cambió drásticamente debido a las mejoras en la tecnología y el diseño. El diseño de una turbina eólica más silenciosa depende en gran medida de la velocidad de la punta de la pala durante el funcionamiento.

Las palas más largas suelen tener una alta velocidad en la punta que actúa como una posible limitación de diseño. También impulsa el costo de la energía para una turbina determinada, ya que el aumento de la velocidad en la punta de las palas tiende a capturar mayor energía de una turbina, pero da lugar a mayores emisiones de ruido. El ruido producido aerodinámicamente utiliza los principios de la acústica clásica y la mecánica de fluidos y depende de las características del campo de flujo turbulento sobre las superficies en movimiento, por ejemplo, el aerodinámico. El ruido de banda ancha de las palas de las turbinas eólicas se produce debido a la interacción del flujo de la capa límite turbulenta sobre el borde de salida de la pala. A partir de muchos estudios de túneles de viento llevados a cabo en aerolíneas simétricas en un túnel de viento anecoico abierto cir-cuit, se derivó una relación logarítmica para el nivel de presión sonora [2-5].