Desempeño aerodinámico de turbinas eólicas de eje vertical en función de temperatura de superficie de álabe

Abstract

Este estudio presenta simulaciones numéricas de una turbina eólica de eje vertical (VAWT) tipo Darrieus utilizando técnicas de control de flujo pasivo, específicamente variando las temperaturas de superficie de álabe, con el objetivo de determinar si es posible obtener un mejor desempeño aerodinámico de la turbina. El gradiente de temperatura entre el álabe y el flujo puede generar atrasos o adelantos en el desprendimiento de la capa límite, y variaciones en la frecuencia de desprendimiento de vórtices. Luego, se pueden utilizar estas técnicas para reducir o aumentar fuerzas aerodinámicas donde sea favorable. Las simulaciones son realizadas con el método de volúmenes finitos utilizando un software comercial (ANSYS Fluent 13.0.0), con el modelo de turbulencia k-omega SST. Se utiliza un modelo bidimensional rotor-estator transiente, usando una malla deslizante, para así capturar los cambios en el flujo a través de la rotación. También se utiliza el Double-Multiple Streamtube Model (DMST) como método de validación numérica. Como resultados, se obtienen incrementos en el torque y potencia media de la turbina al enfriarla uniformemente, mientras que se obtienen caídas de torque y potencia media al calentarla uniformemente. Estos resultados se explican a través de la relación entre fuerzas aerodinámicas con las propiedades físicas, específicamente la densidad. No se nota reducción de arrastre a las temperaturas simuladas. Se propone para futuros trabajos la investigación de distribuciones de temperatura no uniformes en los álabes, y la generalización de este estudio a simulaciones tridimensionales.