Aerodinámica en aerogeneradores

Diseño y optimización de elementos aerodinámicos de una turbina, desde la pala a la torre o la góndola


Período

2018-2023

Sector

Energías Renovables: eólica y solar

Servicio

Fluidodinámica
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CONTEXTO

Análisis y diseño funcional de componentes sometidos a fuerzas aerodinámicas, principalmente perfiles bidimensionales y palas tridimensionales.

A partir de la normativa aplicada al diseño de aerogeneradores, se montan modelos de interés y se resuelven utilizando técnicas de CFD (Computational Fluid Dynamics). Después se posprocesan y se proponen modificaciones al diseño para cumplir los objetivos.

El diseño y la optimización de elementos aerodinámicos, principalmente la pala, de un aerogenerador. Si bien las palas son los componentes más importantes y sensibles al comportamiento aerodinámico, también existen otros, como la torre o la góndola, susceptibles de ser analizadas desde este punto de vista.

Centrándonos en las palas, se buscan geometrías que permitan aprovechar la mayor cantidad posible de la energía cinética del viento. Al mismo tiempo, se cumplen otros requisitos, como la reducción del ruido generado por la turbina o de las excesivas cargas aerodinámicas a las que se ve sometidas.



RESULTADOS

Lo que se proporciona es la definición geométrica de los elementos estudiados, normalmente palas o perfiles, que respondan a sus demandas. Esto normalmente puede ir acompañado de un informe que recoja el comportamiento aerodinámico de los componentes analizados.

El primer paso es modelizar la geometría, proporcionada en planos o en archivos 3D, a través de software CAD -como CATIA o SolidWorks. Después se definen los parámetros de simulación.

METODOLOGÍA

Se parte de los objetivos establecidos, teniendo en cuenta las limitaciones, tanto constructivas, como de montaje o de peso. A continuación, se estudia la normativa vigente, como la IEC 61400, así como el estado del arte en máquinas similares, y se comienza a trabajar en el modelo y los casos de carga.

El primer paso es modelizar la geometría, proporcionada en planos o en archivos 3D, a través de software CAD -como CATIA o SolidWorks. Después se definen los parámetros de simulación: tipología de malla, domino fluido, modelo turbulento, si es transitorio o estacionario, tiempo de simulación, propiedades del fluido, etc.

Una vez preprocesado el modelo, se pasa a la simulación, lo que precisa una gran capacidad de cálculo y el posible alquilar de servidores externos para alcanzar la potencia computacional requerida. Existe una gran variedad de solvers CFD disponibles y se elegirá el que mejor se adapte al tipo de simulación: OpenFOAM, Ansys Fluent, Star CCM+ o AcuSolve.

Tras la simulación hay que procesar los resultados, analizando los parámetros de interés, como la sustentación del perfil, su resistencia u otros valores derivados, como los coeficientes de potencia o momento. Con softwares como META o EnSight se pueden analizar visualmente los resultados para comprender más fácilmente el comportamiento del modelo.

Si los resultados inicialmente obtenidos no satisfacen los objetivos marcados, se proponen modificaciones sobre el modelo y se repiten los pasos anteriores iterativamente hasta cumplir las metas solicitadas.

Solar

Recurso solar

Definición de forma realista, y con la mínima incertidumbre, del recurso solar disponible en una zona, de cara a poder calcular la producción fotovoltaica de una planta.

Automoción

Aerodinámica externa en vehículos terrestres

Análisis y estudios previos a la experimentación con prototipos, con el fin de asegurar que cada vehículo cumpla con los requisitos que garantizan los mejores resultados de eficiencia energética, emisiones y dinámica.