Selección del perfil alar simétrico óptimo para un aerogenerador de eje vertical utilizando la dinámica de flujos computacional

Selection of the optimal symmetrical, airfoil for a vertical axis wind turbine using computational fluid dynamics

Las turbinas de eje vertical (VAWT) surgieron para la generación de energía a baja potencia. La principal parte de estos dispositivos son los álabes, los cuales definen el rendimiento de la turbina. En este trabajo, utilizando el software comercial ANSYS 14.0, se evaluaron los perfiles NACA 0015, NACA 0018, NACA 0021 y NACA 0025 para el álabe, seleccionando el perfil que presentó la mayor relación de los coeficientes de arrastre-sustentación y una variación suave del coeficiente de sustentación con respecto al ángulo de ataque. Se seleccionó, el perfil NACA 0025 por mantener una estabilidad dinámica para el número de Reynolds y ángulo de ataque evaluado.

1. INTRODUCCIÓN

Según los datos de la unidad de planeación minero-energética, en el departamento de Córdoba aproximadamente el 33 % de las viviendas no se encuentran en el Sistema de Integración Nacional–SIN, siendo que para las zonas costeras el porcentaje de viviendas sin cobertura está alrededor del 40 %, es decir, 7595 familias no tienen acceso al servicio eléctrico [1]. Esta problemática surge principalmente porque la topografía de estas regiones dificulta el acceso de las redes de energía. Una alternativa para mitigar este problema es la implementación de equipos que generen energía eléctrica a partir de fuentes de energía renovables, como por ejemplo, la energía eólica que se caracteriza por ser sustentable y amigable con el medioambiente. Los aerogeneradores son dispositivos que transforman la energía del viento en energía mecánica, entre estos dispositivos se encuentran los aerogeneradores de eje vertical conocidos como VAWT (Vertical Axis Wind Turbines), los cuales poseen un eje perpendicular a la dirección del viento. Las principales ventajas de estos generadores son: posibilidad de situarlos al nivel del suelo, operación sin mecanismos de orientación, mantenimiento sencillo y capacidad de generar en baja potencia, es decir, potencias menores a 1 KW a partir de velocidades de viento desde 2 m/s hasta 15 m/s [2]. Estas características han permitido el desarrollo de varias investigaciones. Baldomero [3] seleccionó el aerogenerador tipo H que presentó un funcionamiento continuo acorde a las necesidades de aireación, en función de características de autoarranque, velocidad de giro de rotor y el autoposicionamiento respecto a las direcciones del viento. Adicionalmente, usando un túnel de viento se determinó el número de álabes apropiado para las distintas velocidades y ángulos de ataque. En Colombia se diseñó y construyó un prototipo de turbina eólica de eje vertical para la generación de electricidad a baja potencia. Fue reportado que para vientos superiores a los 10 m/s, el prototipo alcanzó potencias cercanas a los 44 W con una efi ciencia del 7 % [4].