Una Formulación Aero-Electro-Mecánica para Modelar Aerogeneradores de Eje Vertical Urbanos con un Motor Síncrono de Imanes Permanentes

Abstract

En este trabajo, se presenta una formulación acoplada para simular en forma simulánea la fluidodinámica de un micro-aerogenerador vertical y la dinámica eléctrica de una motor síncrono de imanes permanentes. El generador eléctrico es un componente importante en un aergenerador ya que convierte la energía mecánica en eléctrica. Por lo que introducir el acoplamiento del generador eléctrico al modelo computacional aerodinámico es crucial a la hora de evaluar la potencia de salida. La formulación matemática se realizó acoplando las ecuaciones de Navier-Stokes a un modelo electrodinámico simplificado de una máquina síncrona de imanes permanentes. Se implementó numéricamente mediante una nueva librería de OpenFOAM. De esta manera, se realizó simulaciones numéricas de la turbina y se estudió la influencia del sistema eléctrico sobre el comportamiento del aerodinámico para condiciones de autoarranque y régimen estacionario. Se determinó la potencia y torque de salida de la turbina considerando la fricción mecánica y las fuerzas magnéticas del generador eléctrico, y los resultados obtenidos fueron comparados con los de un modelo de turbina sin tener en cuenta fuerzas resistivas sobre el rotor. A partir de los resultados numéricos obtenidos, se predijo que la potencia de salida obtenida a partir de un modelo sin acoplamiento aero-eléctrico-mecánico es sobreestimada en comparación con los resutaldos obtenidos de la formulación acoplada propuesta.