Efecto de un difusor tipo wind lens en flujo turbulento

Abstract

El objetivo fue medir el efecto de un concentrador de flujo tipo wind lens en el caso de flujo turbulento. El estudio se realizó en el túnel de viento de capa límite del Instituto de Investigación en Mecánica Aplicada de la Universidad de Kyushu, Japón, entre marzo y mayo de 2019. Se utilizó un anemómetro de hilo caliente con un mecanismo móvil para realizar tres pruebas. Primero se mide la velocidad en el eje del túnel, sin la rejilla de turbulencia instalada. En segundo lugar, se coloca la rejilla y se mide la intensidad de turbulencia en el eje del túnel de viento. En tercer lugar, se determina el efecto del WL en la velocidad del viento incidente, a diferentes niveles de intensidad de turbulencia. La velocidad del viento en el túnel sin la rejilla de turbulencia es casi constante, alrededor de 9.6 m/s. Al colocar la rejilla se registró en el eje del túnel de viento una intensidad de turbulencia decreciente, desde un valor de 28.6 % a 500 mm de la rejilla, hasta un 5 % de intensidad de turbulencia a 3 100 mm de la rejilla. Cuando se midió el efecto del wind lens en flujo turbulento, se obtuvo un aumento del 20 % o más en la velocidad del viento. El wind lens demostró ser adecuado para turbinas eólicas que operan en flujo turbulento, acrecentó la velocidad del viento en todas las pruebas, generando un mayor aumento a mayor intensidad de turbulencia.

Comportamiento de la intensidad de turbulencia en distintas áreas transversales en un túnel de viento

“…Cada punto fue medido por 60 s, con una frecuencia de muestreo de 1 kHz con un filtro pasa bajas de 200 Hz. Más detalles de estos parámetros, calibración de equipo y especificaciones están disponibles en [5].…”

“…Se ha realizado una comparación entre las turbinas de eje horizontal con las de eje vertical; encontrándose que las turbinas de eje horizontal en pequeña escala superan su contraparte vertical, sin embargo, estas requieren mayor mantenimiento debido a ser más afectadas por las condiciones del viento [4]. El efecto del viraje en condiciones turbulentas también es investigado, donde con la presencia de un concentrador de flujo se consiguió mejor rendimiento de la turbina cuando el viraje se encontraba en un ángulo entre 0° y 20° con vientos en velocidades moderadas a altas [5], [6], [7]. Hay estudios enfocados en los efectos de la turbulencia sobre microturbinas aumentadas con difusores donde se obtiene in incremento en el coeficiente de rendimiento comparado con su contraparte regular [8], [9].…”

Shrouded wind turbine performance in yawed turbulent flow conditions

“…The difference between both Wind Lens is the rear ring (h in Figure 5), which in case of CiiB5 is 50 mm high and its area is 23% of the free inside area of the rotor plane; for CiiB10 the ring height is 100 mm and its area is 48% of the free inside area in the rotor plane. Those Wind Lens have been used by Ohya and Karasudani (2010) and Richmond-Navarro et al (2021).…”

Evolución vertical de la intensidad de turbulencia del viento en terreno complejo con obstáculos

“…Considerando que las turbinas eólicas ofrecidas actualmente en el mercado para soluciones residenciales no están diseñadas de forma específica para aprovechar la turbulencia, se entiende su bajo desempeño en flujo turbulento[9],[10]. Por tanto, las alternativas para la mejora del aprovechamiento del recurso eólico de pequeña escala son buscar puntos que además de una alta velocidad del viento, ofrezcan baja turbulencia, considerar desde el diseño de las turbinas eólicas el desempeño en flujo turbulento[11], o bien el uso de sistemas híbridos[12]. De acuerdo con[13] el modelo de turbulencia del régimen eólico local es un factor clave para determinar el rendimiento energético y la durabilidad de las turbinas que operan bajo la influencia de los entornos urbanos.En las investigaciones en sitios montañosos, se ha estimado el recurso eólico a la altura del eje de la turbina, a 50 metros y 80 metros del suelo, empleando la intensidad de turbulencia superficial como predictor, se reportan resultados confiables al emplear como base métodos para terrenos planos o fuera de la costa[14].…”