Modelización por elementos finitos y simulación 3D de aerogeneradores HAWT

Abstract

Durante las últimas décadas se ha producido un gran desarrollo en la energía eólica y hoy cobran especial importancia las técnicas de simulación numérica a la hora de describir el comportamiento de los aerogeneradores. Hasta la fecha, ningún software informático enfocado a plantas eólicas resuelve eficazmente el problema de la disposición relativa óptima de los aerogeneradores, que permita la máxima generación de potencia. Ésta es la motivación con la que se ha realizado este Trabajo de Fin de Grado. En el proyecto se lleva a cabo la construcción por ordenador y la simulación de uno de los modelos estandarizados para, de esta manera, hacer un estudio completo de la capacidad de generar potencia de estos aparatos. Por otra parte, de cara a la simulación de parques eólicos y a su optimización, se desarrolla un modelo matemático de la interacción del viento con los aerogeneradores, que será implementado posteriormente en IRIS, un programa genérico de elementos finitos desarrollado en el Departamento de Mecánica Estructural y Construcciones Industriales de la ETSII (UPM) por Ignacio Romero Olleros. Ampliar el campo de trabajo de IRIS al entorno de la energía eólica tiene un doble objetivo: - Continuar desarrollando las capacidades de este programa, creado en la escuela. - Avanzar en la investigación de la optimización de parques eólicos. Para aligerar la lectura del presente documento se realizan a continuación las siguientes indicaciones: - El Capítulo 1 recoge la síntesis, elaborada por el autor, de la teoría de los aerogeneradores. Ha sido imprescindible para la realización del trabajo, pero no es necesaria su lectura de cara a la comprensión del resto de capítulos (que cuentan también con la explicación de las expresiones matemáticas fundamentales). - El Capítulo 2 incluye todas las fases del diseño y la simulación del aerogenerador aislado mediante Qblade. Los resultados más importantes se encuentran en el punto 2.5. - Los Capítulos 3 y 4 recopilan la segunda parte de este proyecto: la elaboración del modelo y su implementación en IRIS. El punto más importante del Capítulo 3 es el 3.9, que resume los apartados anteriores de este capítulo e incluye el modelo desarrollado por el autor. En el punto 4.2 se comentan los resultados de la simulación del campo fluido. - El Capítulo 5 refleja por último las conclusiones del trabajo.