Estudio aeroelástico de una turbina eólica por el método de elementos de pala

Abstract

Las energías renovables, como la solar, la eólica y las provenientes de los recursos energéticos de las biomasas son una excelente alternativa frente a los combustibles fósiles. Dentro de los dispositivos que aprovechan la energía cinética del viento, podemos encontrar los aerogeneradores de eje horizontal, que son los que se estudian en este trabajo. La Academia Europea de Energía Eólica identifica entre los varios desafíos actuales que enfrenta la industria de energía eólica, la caracterización del flujo turbulento en el que trabajan las turbinas eólicas, y la determinación y mitigación de los efectos de la turbulencia sobre la estructura y generación de energía de las turbinas. Hay una tendencia a reducir los pesos de los componentes estructurales, en particular de las palas, lo que conduce a una pérdida de rigidez estructural favoreciendo el fenómeno de aeroelasticidad. Por otra parte, las turbinas de baja potencia para uso domiciliario se sitúan a alturas menores, donde la influencia del terreno produce niveles de turbulencia mayores, asimismo son afectadas por vibraciones que inducen fatiga, averías y roturas de equipos. La aeroelasticidad es un fenómeno altamente complejo en el que se da un acoplamiento entre fuerzas aerodinámicas, elásticas e inerciales y ha sido objeto de estudios durante muchos años, siendo actualmente una temática de investigación en diferentes ámbitos de la ingeniería, no solo en aeronáutica, sino también en mecánica y civil, y muy especialmente en turbinas eólicas. En este trabajo se analiza mediante el software QBlade la influencia de diferentes campos de vientos turbulentos sobre un aerogenerador tripala de baja potencia (1587 Watt), y sus efectos sobre tres tipos de materiales de construcción utilizados: Fibra de Vidrio y Polímero Reforzado con Fibra de Carbono y un material más flexible que los anteriores. Además, se evaluó en función del tiempo la influencia de dichos parámetros sobre el coeficiente de potencia (Cp), la máxima deflexión, los momentos en la raíz de la pala en el plano y fuera del plano.