Evaluación del desempeño de distintos tipos de turbinas eólicas de eje vertical mediante análisis CFD, para ser implementadas en el laboratorio del Departamento de Ingeniería Mecánica

Abstract

El estudio de las fuentes de energía renovable es cada vez más importante tanto a nivel mundial como a nivel país. Esto debido a que cada vez resultan más evidentes los efectos negativos en el ambiente del uso de combustibles fósiles para la generación de energía, acelerando cada vez más el conocido efecto invernadero. Es por este motivo que en la presente habilitación profesional se decidió evaluar la factibilidad técnica de instalar una turbina eólica de eje vertical, en las dependencias del Laboratorio del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad del Bío-Bío. Esto con la finalidad de acercar cada vez más, tanto al cuerpo docente como a los estudiantes al uso y estudio de una de las tantas fuentes de energías renovables existentes y con capacidad potencial de ser desarrolladas tanto a nivel regional como a nivel país. En el desarrollo de este proyecto de título se analizó el comportamiento del viento en la zona a instalar la turbina eólica de eje vertical, obtenido valores de velocidad del viento promedio de 2.5 m/s. Con dicha información se procedió a evaluar mediante el software de CFD ANSYS Fluent distintas alternativas de turbina eólica de eje vertical, las cuales correspondieron a una turbina eólica Darrieus tipo Giromill de álabes rectos, un Rotor Savonius y finalmente una turbina eólica tipo Giromill de álabes rectos con un Rotor Savonius acoplado a su eje. De esta forma se logró evaluar el comportamiento de turbinas eólicas que funcionan tanto por sustentación como por arrastre. Tras la elaboración de las simulaciones de cada modelo de turbina eólica de eje vertical, se logró establecer que, para las condiciones de viento que afectan a la zona correspondiente al Laboratorio del Departamento de Ingeniería Mecánica, las turbinas eólicas que funcionan por sustentación no son capaces de generar la potencia necesaria para considerar su posible instalación, esto debido a que las velocidades del viento en la zona no son las suficientes para generar la diferencia de presión necesaria sobre los álabes de éstas. Por lo que la mejor opción fue el Rotor Savonius de tres palas, con las dimensiones de 1 metro de diámetro por 5 metros de alto, ya que dicho modelo alcanzó el rendimiento más alto de todos los tipos de turbinas eólicas de eje vertical evaluados en esta habilitación profesional, el cual corresponde al 16,3% de rendimiento.