Revisión de los perfiles aerodinámicos apropiados para turbinas eólicas de eje horizontal y de pequeña escala en zonas boscosas

Richmond-Navarro, Gustavo; Montenegro-Montero, Mariana; Otárola, Carlos

doi:10.22507/rli.v17n1a22

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“…Los valores de coeficiente de sustentación son en general menores en el perfil SG6043 que en el caso del S809, salvo para ángulos de ataque pequeños. Tanto en el caso del perfil S809 como para el SG6043, las curvas de sustentación aumentan al aumentar el Reynolds, hasta un máximo en Re = 5x10 5 , para luego registrar una disminución en Re = 10 6 . Si se comparan los resultados mostrados para el coeficiente de sustentación de los tres perfiles, en las Figuras 4, 5 y 6, se observa que ofrecen mayor sustentación los perfiles S809 y SG6043.…”

Section: Resultsunclassified

“…En el campo de las turbinas eólica de pequeña escala, diferentes autores han empleado distintos perfiles aerodinámicos para turbinas eólicas de pequeña escala. En [5] se obtiene que los perfiles de uso muy frecuente en las investigaciones de turbinas eólicas de pequeña escala son el SG6043, S809 y NACA0012, siendo el primero de ellos el que presenta mejor desempeño aerodinámico, no obstante, se concluye que se requiere más investigación en temas como desempeño aerodinámico de los perfiles ante altos niveles de turbulencia.…”

Section: Introductionunclassified

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Aerodynamic performance simulation of three selected airfoils

Montenegro-Montero

Richmond-Navarro

2021

uct

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This work presents the lift and drag coefficient curves, as functions of the angle of attack, for the NACA0012, S809 and SG6043 airfoils in turbulent flow conditions. The objective is to identify the airfoil with the best aerodynamic performance under conditions that are descriptive of small scale wind turbine. With the use of OpenFOAM, an analysis was done by numerical simulation. In the case of the NACA0012 airfoil, it was found that the performance is insensitive to the changes in turbulence and the Reynold number. The aerodynamic response of the S809 airfoil is to increase both the drag and lift as the turbulence increases. The SG6043 airfoil responds the best out of the three in turbulent flow, given that the lift curves mostly increase with the turbulence. The curves reported in this work are new and not found in previous literature. Keywords: aerodynamics, lift, drag, turbulence References [1]R. Madriz-Vargas, A. Bruce, M. Watt, L. G. Mogollón and H. R. Álvarez, «Community renewable energy in Panama: a sustainability assessment of the “Bocade Lura” PV-Wind-Battery hybrid power system,» Renewable Energy and Environmental Sustainability, vol. 2, nº 18, pp. 1-7, 2017. https://doi.org/10.1051/rees/2017040. [2]S. Mertenes, «Wind Energy in the Built Environment, » Ph.D. dissertation. Multi-Science, Brentwood, 2006. [3]P. Giguere and M. S. Selig, «New airfoils for small horizontal axis wind turbines,» Journal of Solar Energy Engineering-transactions, vol. 120, pp. 108-114, 1988. https://doi.org/10.1115/1.2888052. [4]A. K. Wright and D. H. Wood, «The starting and low wind speed behaviour of a small horizontal axis wind turbine,» Journal of wind engineering and industrial aerodynamics, vol. 92, nº 14-15, pp. 1265-1279, 2004. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2004.08.003. [5]G. Richmond-Navarro, M. Montenegro-Montero and C. Otárola, «Revisión de los perfiles aerodinámicos apropiados para turbinas eólicas de eje horizontal y de pequeña escala en zonas boscosas,» Revista Lasallista de Investigación, vol. 17, nº 1, pp. 233-251, 2020. https://doi.org/10.22507/rli.v17n1a22. [6]A. Tummala, R. K. Velamati, D. K. Sinha, V. Indraja and V. H. Krishna, «A review on small scale wind turbines, » Renewable and Sustainable Energy Reviews,vol. 56, pp. 1351-1371, 2016. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.12.027. [7]L. Pagnini, M. Burlando and M. Repetto, «Experimental power curve of small-size wind turbines in turbulent urban environment,» Applied Energy, vol. 154,pp. 112-121, 2015. https://doi.org/10.1016/j.apenergy. 2015.04.117. [8]W. D. Lubitz, «Impact of ambient turbulence on performance of a small wind turbine,» Renewable Energy, vol. 61, pp. 69-73, 2014. https://doi.org/10.1016/j.renene.2012.08.015. [9]P. Devinant, T. Laverne and J. Hureau, «Experimental study of wind-turbine airfoil aerodynamics in high turbulence, » Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 90, nº 6, pp. 689-707, 2002. https://doi.org/10.1016/S0167-6105(02)00162-9. [10]C. Sicot, P. Devinant, S. Loyer and J. Hureau, «Rotational and turbulence effects on a wind turbine blade. Investigation of the stall mechanisms,» Journal ofwind engineering and industrial aerodynamics, vol. 96, nº 8-9, pp. 1320-1331, 2008. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2008.01.013. [11]C. R. Chu and P. H. Chiang, «Turbulence effects on the wake flow and power production of a horizontal-axis wind turbine,» Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 124, pp. 82-89, 2014. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2013.11.001. [12]Y. Kamada, T. Maeda, J. Murata and Y. Nishida, «Visualization of the flow field and aerodynamic force on a Horizontal Axis Wind Turbine in turbulent inflows,» Energy, vol. 111, pp. 57-67, 2016. https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.05.098. [13]Q. A. Li, J. Murata, M. Endo, T. Maeda and Y. Kamada, «Experimental and numerical investigation of the effect of turbulent inflow on a Horizontal Axis WindTurbine (Part I: Power performance),» Energy, vol.113, pp. 713-722, 2016. https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.06.138. [14]S. W. Li, S. Wang, J. P. Wang and J. Mi, «Effect of turbulence intensity on airfoil flow: Numerical simulations and experimental measurements,» Applied Mathematics and Mechanics, vol. 32, nº 8, pp. 1029-1038, 2011. https://doi.org/10.1007/s10483-011-1478-8. [15]S. Wang, Y. Zhou, M. M. Alam and H. Yang, «Turbulent intensity and Reynolds number effects on an airfoil at low Reynolds numbers,» Physics of Fluids, vol. 26, nº11, p. 115107, 2014. https://doi.org/10.1063/1.4901969. [16]M. Lin and H. Sarlak, «A comparative study on the flow over an airfoil using transitional turbulence models, » AIP Conference Proceedings, vol. 1738, p.030050, 2016. https://doi.org/10.1063/1.4951806. [17]Langley Research Center, «Turbulence Modelling Resource,» NASA, [Online]. Available: https://turbmodels.larc.nasa.gov/langtrymenter_4eqn.html. [Last access: 08 03 2021].

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Aerodynamic performance simulation of three selected airfoils

Montenegro-Montero

Richmond-Navarro

2021

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“…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].…”

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

Richmond-Navarro

Sanabria-Sandí

Castro-Rodríguez

et al. 2022

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El mercado ofrece turbinas eólicas de pequeña escala como una solución parcial para reducir la factura eléctrica en viviendas. Sin embargo, en algunos casos el rendimiento ofrecido supera el obtenido, esto se debe a las bajas velocidades del viento en las zonas residenciales y al efecto de la turbulencia sobre los aerogeneradores. El objetivo de este trabajo es determinar la influencia local de los obstáculos en la turbulencia y describir el desarrollo de la turbulencia en función de la altura, comparando dos torres meteorológicas: una colocada entre árboles y otra colocada en una zona sin obstáculos cercanos. Se pretende determinar si dentro de un paisaje específico pueden encontrarse lugares con menor turbulencia debido a una reducción de los obstáculos de manera local. Las mediciones obtenidas entre octubre de 2018 y septiembre de 2019 se procesan y mediante histogramas se compara la intensidad de turbulencia en función de la altura. Se encuentra que la turbulencia es menor conforme aumenta la altura en la torre que está inmersa entre árboles; con valores de 30% a 14 metros de altura y de 50% a 6 m de altura. En el caso de la torre que está sin obstáculos, en su entorno cercano, la turbulencia es menos dependiente de la altura, con valores de 30% a 12 metros de altura y de 40% a 4 m de altura. Se reporta un valor de intensidad de turbulencia cercano al 30% como el más frecuente entre los datos obtenidos por los diez anemómetros del estudio.

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Revisión de los perfiles aerodinámicos apropiados para turbinas eólicas de eje horizontal y de pequeña escala en zonas boscosas

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

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