Estudio aerodinámico de un aerogenerador de eje vertical mediante el uso de técnicas CFD

Abstract

Los aerogeneradores son dispositivos encargados de aprovechar la energía del viento y transformarla en energía eléctrica utilizando de intermediaría la energía mecánica. El aire golpea las palas que hacen girar el eje del rotor, que unido a un generador se encarga de conseguir dicha energía eléctrica. Existen dos grandes tipos de aerogeneradores: de eje horizontal y de eje vertical. Los de eje horizontal (HAWT, del inglés ‘horizontal axis wind turbine’) tienen el eje de rotación del rotor en la dirección paralela a la del viento, mientras que los de eje vertical (VAWT, del inglés ‘vertical axis wind turbine’) tienen dicho eje en la dirección perpendicular. Esto les permite tener ciertas ventajas sobre los primeros como que no necesitan ser direccionables (ya que no dependen de la dirección del viento) y que no necesitan de grandes alturas para su funcionamiento. Este Trabajo Final de Grado trata sobre el estudio aerodinámico de un aerogenerador de eje vertical donde se busca conseguir un diseño con un buen Coeficiente de Potencia modificando alguno de los principales parámetros que definen una VAWT. Para el análisis aerodinámico se emplea un software (SolidWorks) con módulo CFD (Computational Fluid Dynamics), que se trata de un módulo de fluidodinámica computacional, muy utilizados en la actualidad para estudiar y obtener el comportamiento de un sistema que funciona con un fluido. Actualmente son programas muy extendidos que se utilizan para simular y obtener unos resultados que posteriormente se compararán con los obtenidos de forma experimental en un túnel de viento, por ejemplo. Para la simulación se ha realizado un diseño básico de un aerogenerador de eje vertical, simplificándolo al máximo puesto que el análisis se realiza en dos dimensiones (2D) y el trabajo se centra sobre la parte aerodinámica, por lo que la influencia de otros elementos no interesa en este nivel. El diseño por tanto solo cuenta con las tres palas de la turbina. Una vez se tiene el diseño a emplear es necesario definir un tamaño de dominio fluido y un tamaño y definición de malla en el software de CFD para poder llevar a cabo las simulaciones. Para ello se llevan a cabo diversos proyectos (denominados así por el software) donde se estudia la convergencia de resultados para diferentes tamaños y definiciones de malla con el fin de fijar dichos parámetros y minimizar así los tiempos de cálculo de cada simulación. Una vez conseguidos, se procederá a la simulación de los proyectos relevantes para el trabajo y a la obtención de resultados. El método utilizado está basado en la ‘Teoría del Elemento Pala’ desarrollada por Paraschivoiu.