Análisis aerodinámico de perfiles para el diseño de aerogeneradores de baja potencia en condiciones de viento del Campus de la UNS

Abstract

El objetivo principal de esta tesis fue diseñar aerogeneradores de baja potencia de 1, 2.5, 5 y 10 kW para su operación en el Campus de la Universidad Nacional del Santa (𝑈𝑁𝑆). Para ello, se analizaron las características aerodinámicas de seis perfiles para la elección del mejor de ellos, con el cual se diseñaron los álabes de los aerogeneradores. Los perfiles analizados fueron el NACA2412, NACA4412, E387, S1223, SD7032 y FX63-137. La metodología empleada comprendió el análisis de las frecuencias de direcciones y velocidades de viento del Campus de la 𝑈𝑁𝑆. Seguido, la verificación del modelo numérico utilizado en la simulación de los perfiles fue llevada a cabo. El cálculo de los coeficientes aerodinámicos de los perfiles fue realizado con el modelo obtenido en el proceso de verificación. El modelo se basó en un método de dinámica de fluidos computacional (𝐶𝐹𝐷). Luego, se escogió el perfil aerodinámico con las mejores características aerodinámicas obtenidas de los análisis cuantitativo y cualitativo. Con este perfil aerodinámico, el diseño de los álabes de los aerogeneradores fue llevado a cabo usando la teoría del momento del elemento de pala (𝐵𝐸𝑀). Finalmente, se calculó la energía generada por los álabes diseñados. Los resultados mostraron que el perfil aerodinámico SD7032 tuvo la mayor relación sustentación/arrastre (𝐶𝑙/𝐶𝑑) de 63.80, mientras el perfil NACA4412 solamente alcanzó una relación máxima de 54.27. La longitud de los álabes diseñados fue de 1.663, 2.617, 3.688 y 5.207 m. para los aerogeneradores de 1, 2.5, 5 y 10 kW, respectivamente. En base a los resultados se concluyó que las velocidades medias de viento fueron las que más aportaron a la generación de energía ya que tienen mayor densidad energética que las bajas velocidades.