Análisis comparativo de generación de entropía y potencia mecánica en configuraciones de emplazamiento de turbinas eólicas de eje vertical

Abstract

El consenso científico indica que la actividad humana ha causado el aumento de la temperatura del planeta, por esto se ha planteado el objetivo mundial de disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero. Una de las medidas es aumentar la generación mediante energías renovables. Entre las energías renovables destaca la energía eólica, que es limpia y puede ser utilizada en una amplia gama de potencias (desde residencial hasta industrial) en diferentes lugares (desde zonas rurales aisladas hasta zonas urbanas). Las características de las turbinas eólicas de eje vertical, tales como menor generación de ruido, y ser omnidireccionales y robustas frente a turbulencia, hacen que sean adecuadas para la generación de energía en zonas urbanas por ejemplo en techos de edificios. El objetivo principal de una turbina eólica es obtener energía eléctrica junto con aprovechar de manera eficiente el recurso eólico disponible, estos objetivos pueden ser cuantificados mediante la potencia mecánica y la generación de entropía, respectivamente. Por consiguiente, en este trabajo de investigación se busca analizar comparativamente la generación de entropía y la potencia mecánica de turbinas eólicas de eje vertical en diferentes configuraciones de emplazamiento. Para ello se implementa un modelo computacional en dos dimensiones de tres turbinas eólicas en el software Ansys Fluent, se simulan 28 casos de emplazamiento. La investigación concluye que el máximo de generación de entropía instantáneo ocurre en el mismo momento que el máximo de potencia mecánica tanto a nivel de álabe como de turbina. Al mismo tiempo, sus zonas de fluctuaciones son coincidentes. En cuanto al análisis comparativo global, el máximo de potencia mecánica coincide con el mínimo de generación de entropía indicando ser el mejor lugar para emplazar una turbina eólica aguas abajo. Finalmente, si se modifica el emplazamiento se puede lograr una combinación que aumente la potencia mecánica y disminuya la destrucción de trabajo útil.