Tesis doctoral de Vanessa Del Campo Gatell
Uno de los retos con los que se enfrenta la energía eólica hoy en día es la mejora del conocimiento de la aerodinámica de los aerogeneradores de eje horizontal, en particular de la distribución del campo de velocidades alrededor del rotor de la turbina y del cálculo de las cargas aerodinámicas que se producen en ella. Esta tesis tiene como objetivo principal contribuir a la consecución de estos propósitos. de esta forma, este proyecto evalúa la posibilidad de calcular las cargas aerodinámicas que se ejercen en un aerogenerador de eje horizontal por medio de la la técnica de visualización de flujo 3d-spiv (velocimetría por imagen de partículas estereoscópica). Se trata de una técnica experimental no intrusiva que proporciona campos de velocidades tridimensionales en el plano de estudio. Así, con la metodología piv-cargas, propuesta en la disertación de la tesis, es posible obtener, a partir de una única medida, el campo de velocidades tridimensional y el campo de presiones en una sección de la pala, así como las fuerzas aerodinámicas por unidad de longitud ejercidas en esta sección. Todo ello sin necesidad de modificar ni el modelo de aerogenerador estudiado, ni el flujo aerodinámico en el que está inmerso. para poder conseguir este objetivo de forma progresiva, la implementación del método piv-cargas, que utiliza una aproximación basada en el contorno, aplicando la ecuación de cantidad de movimiento a un volumen de control escogido, fue inicialmente validada utilizando datos sintéticos provenientes de una simulación numérica basada en dns (simulación numérica directa). Esta validación se hizo tanto para un caso laminar resuelto en el tiempo, como para un caso turbulento con velocidades promediadas. A continuación, la metodología fue aplicada por primera vez a datos experimentales de flujo bidimensional, laminar y turbulento. Estos datos fueron obtenidos con 2d-piv convencional, en una placa plana colocada a diferentes ángulos de ataque en la cámara de ensayo de un túnel de viento subsónico, y los resultados fueron comparado con aquellos obtenidos por una balanza de alta precisión. Por último, la metodología fue aplicada a un modelo a escala de aerogenerador, trabajando con flujo axial y flujo guiñado, midiendo las fuerzas aerodinámicas ejercidas en una pala en rotación, utilizando modelos de flujo estacionario y no estacionario. Las estimaciones de fuerzas fueron comparadas con aquellas proporcionadas por un código numérico basado en el método de paneles. en lo que concierne a la metodología piv-cargas, es importante resaltar que la predicción de estas cargas es más precisa si el camino de integración alrededor del volumen de control escogido no atraviesa ninguna capa de cortadura ni la capa límite que rodea al objeto sobre el que se quieren medir las fuerzas. En caso de tratarse de un flujo con un cierto grado de tridimensionalidad y turbulencia, como puede ser el caso de una pala de aerogenerador en rotación, es importante tener información experimental de velocidades radiales (fuera del plano) y de las fluctuaciones de las tres componentes de la velocidad. todos los códigos implementados así como los resultados obtenidos a partir de datos experimentales fueron validados con datos y resultados de fuerzas obtenidos numéricamente o mediante técnicas experimentales alternativas, proporcionando resultados coherentes. La conclusión del trabajo de investigación es que la metodología piv-cargas proporciona resultados precisos si los datos de velocidades experimentales también lo son. Sin embargo, los errores asociados a la técnica de piv, tales como falta de resolución, peak-locking o reflejos producidos por el láser, conducen a un deterioro de la precisión del cálculo de las cargas. En este sentido, cualquier futura mejora de la técnica de piv permitirá una estimación de las fuerzas aerodinámicas más precisa.
Datos académicos de la tesis doctoral «Experimenal study of the aerodynamics of a horizontal axis wind turbine«
- Título de la tesis: Experimenal study of the aerodynamics of a horizontal axis wind turbine
- Autor: Vanessa Del Campo Gatell
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 22/03/2013
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Francisco Javier Diez Garias
- Tribunal
- Presidente del tribunal: anton Vernet peña
- giovanni paolo Romano (vocal)
- (vocal)
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