Modelado de la interacción fluido estructura (FSI) para el diseño de una turbina eólica HAWT

• Autores: Kevin Molina, Daniel Ortega, Manuel Martínez, William Pinto Hernández, Octavio Andrés González Estrada
• Localización: Revista UIS Ingenierías, ISSN-e 2145-8456, ISSN 1657-4583, Vol. 17, Nº. 2, 2018 (Ejemplar dedicado a: Revista UIS Ingenierías), págs. 269-282
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Modeling of the fluid structure interaction (FSI) for the design of a HAWT wind turbine
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• Resumen
  • español

    En este trabajo se estudia el comportamiento mecánico del álabe de una turbina eólica, analizando el impacto del diseño del álabe en la cantidad de energía generada, y su respuesta estructural en función de las fuerzas inducidas por el flujo de aire. Para estudiar la relación entre las fuerzas del flujo, los desplazamientos y esfuerzos provocados en la estructura, utilizamos un modelo de interacción fluido estructura (FSI). La estructura del álabe se diseña por medio de la teoría del momento y el elemento de pala (BEM), tomando como puntos de partida constantes referentes al viento (velocidad, densidad, Reynolds) y la selección de un perfil recomendado por la NACA, RISO, DU o NREL. Posteriormente, se efectúa el mismo procedimiento para un perfil diseñado mediante teorías de desempeño. Teniendo los resultados de estos dos tipos de álabes, se realiza una comparación de los esfuerzos y desplazamientos debidos a las variaciones entre el perfil diseñado y el perfil seleccionado, estudiando cómo esta variación afecta la energía generada de la turbina y su integridad estructural.

  • English

    In this work the mechanical behavior of the blade of a wind turbine is studied, analyzing the impact of the design of the blade on the amount of energy generated, and its structural response as a function of the stresses induced by the air flow. In order to study the relationship between flow forces, deformations and stresses induced in the structure, a Fluid Structure Interaction (FSI) model was used. The blade structure is designed using blade element momentum theory (BEM), taking constant properties related to the wind (speed, density, Reynolds), and the selection of a profile recommended by NACA, RISO, DU or NREL. Then, the same procedure is used for a profile designed using performance theories. Having these results for both types of blades, a comparison of the stresses and deformations due to the variations between the designed profile and the selected profile was made, analyzing the effects on the generated energy and the structural integrity of the turbine.