Simulaciones numéricas de la aerodinámica no estacionaria de generadores eólicos de eje horizontal y de gran potencia

CRISTIAN GEBHARDT; S. PREIDIKMAN; J. C. MASSA; GUILLERMO WEBER

Bahía Blanca, Argentina

Congreso; I CAIM 2008 - PRIMER CONGRESO ARGENTINO DE INGENIERIA MECANICA; 2008

Universidad Nacional del Sur

En el presente trabajo se simula numéricamente el comportamiento aerodinámico del rotor de un generador eólico de eje horizontal y de gran potencia. La presencia de vientos de amplitud y dirección cambiante, los efectos de la capa límite terrestre, las deformaciones estáticas, y los flujos dominados por vorticidad hacen que la aerodinámica asociada a estos sistemas de generación de energía sea inherentemente no-lineal y no-estacionaria. El diseño, el análisis y las pruebas de una turbina eólica dependen de la habilidad que se posea para determinar en forma rápida, precisa y barata las cargas actuantes sobre el equipo y la performance del rotor. Por ende, para los productores y diseñadores de turbinas eólicas, es vital contar con una herramienta como la aquí presentada. Las variables de entrada del código computacional desarrollado son la cinemática del generador (modelado como una colección de cuerpos rígidos cuyo movimiento es conocido) y una corriente de aire que puede variar en el tiempo, tanto en magnitud como en dirección. Estos últimos datos pueden ser de origen sintético o experimental. El rango de velocidades de operación correspondiente a un régimen subsónico bajo se conjuga con las grandes dimensiones del equipo provocando flujos incompresibles con números de Reynolds altos. Esto avala la hipótesis de que los efectos viscosos están confinados, únicamente, a la capa límite y las estelas vorticosas, y permite estimar las cargas aerodinámicas mediante el método de red de vórtices no-lineal y no-estacionario (NLUVLM). En este trabajo, utilizando el NLUVLM se estima la evolución temporal de las cargas aerodinámicas actuantes sobre cada pala, la distribución de vorticidad asociada a las sábanas vorticosas adheridas, la distribución e intensidad de vorticidad y forma de las estelas emitidas desde el borde de fuga y desde la puntera de de cada una de las palas, y las interacciones aerodinámicas palas-palas, palas-estelas, palas-cubo, cubo-estelas, y estelas-estelas.