Simulación Computacional de Turbinas de Eje Horizontal

Abstract

En este trabajo se muestra el desarrollo de un modelo computacional para resolver la interacción del fluido, el aire, con la estructura, la turbina, y un sistema básico de control de pitch que permite operar la máquina generadora de energía de un forma próxima a la de mayor eficiencia. El modelo CFD se desarrolló usando la plataforma computacional StarCCM+, la respuesta mecánica de la deformación de las palas así como la dinámica de rotación se resolvió mediante el software MECANO y el acoplamiento entre ambos software, nos disponible al inicio del proyecto, fue uno de los objetos del desarrollo. EL control se incluyó con el fin de lograr que la máquina funcione en régimen manteniendo la potencia erogada a través de modificar el pitch de las palas y con ello el torque y la velocidad de rotación. Se hicieron pruebas utilizando dos modelos de turbina de uso frecuente, NREL de 5MW y una SW 2.3MW, con resultados alentadores. El modelo incluye además del rotor con 3 palas, el hub, la góndola y la torre, por el momento elementos rígidos siendo solo deformable las palas. Se espera en un futuro agregar la flexibilidad de las torres ya que esto modifica el tilt efectivo de la máquina y con ello el desempeño de la misma. Paralelamente en el proyecto se trabajó en el diseño de un generador de mallas ad-hoc para este tipo de turbinas que produce grillas adaptadas a los perfiles tratando de seguir los patrones de flujo esperados consiguiendo una buena calidad de mallas.