DISEÑO Y PRUEBAS NUMÉRICAS DE UN MICROAEROGENERADOR HÍBRIDO MULTIPROPÓSITO

SANZANA PEÑALOZA, RICARDO ANDRÉS

2017

3560900231899

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El presente trabajo tiene por objetivo el estudio de la optimización del diseño de una turbina híbrida, es decir, que integre dos rotores ya conocidos para así aumentar su eficiencia. En este caso se optó por trabajar con rotores de eje vertical, trabajando en la integración de los rotores Savonius y Darrieus. Para estudiar el comportamiento aerodinámico de los rotores, se utilizó el software comercial ANSYS 17.1, en el cual viene implementado el método de volúmenes finitos. Para el modelamiento de la turbulencia se utilizó el modelo k-e realizable.En primera instancia, se estudiaron los rotores a integrar por separado, trabajando en dos parámetros de sensibilidad; el número de alabes y el ángulo helicoidal, este último se define como el ángulo que describe el alabe con un plano horizontal. Para el rotor Savonius se trabajó con rotores de 2 a 4 alabes, variando su ángulo helicoidal de 40° a 90°. Mientras que para el rotor Darrieus se propusieron diseños de 2 y 3 alabes, y se varió su ángulo helicoidal entre 75° y 90°. Para hacer una correcta comparación entre los rotores analizados, se generó una curva característica para cada rotor, la cual consistía en la eficiencia aerodinámica en función de la velocidad específica.Luego de las modelaciones, se obtuvo que el rotor Savonius con dos alabes y ángulo helicoidal de 60° fue el que obtuvo el mejor desempeño aerodinámico, mientras que para el rotor Darrieus fue el que estaba compuesto por dos alabes y ángulo helicoidal de 75°. Para su integración se generó una gráfica de la eficiencia en función del ángulo de rotación, con esto se integrarían los rotores evitando traslapes aerodinámicos. Al generar nuevos diseños de rotores híbridos, se implementaron nuevos parámetros de sensibilidad, estos fueron la distancia de separación entre los rotores, variando este parámetro en 30 mm, 45 mm y 60 mm. Finalmente, el rotor híbrido que obtuvo el mejor desempeño fue el que presentaba la mayor distancia entre los rotores. || The present work has as objective the study of the optimization of the design of hybrid turbine, in other words, integrate two rotors already known to increase its efficiency. In this case, it was decided to work with vertical axis rotors, working on the integration of the Savonius rotor and Darrieus rotor. In order to study the aerodynamic behavior of the rotors, commercial software ANSYS 17.1 is used, in which the finite volume method is implemented. For the turbulence modeling, the realizable k-e model was used.In the first instance, the rotors were studied separately, working on two parameters of sensitivity; the number of blades and the helical angle, the latter being defined as the angle that describing the blade with a horizontal plane. For the Savonius rotor, it was worked with rotors of 2 to 4 blades, varying their helical angle from 40° to 90°. While for the Darrieus rotor, designs of 2 and 3 blades were proposed, and their helical angle between 75° and 90° was varied. In order to make a correct comparison between the analyzed rotors, a characteristic curve was generated for each rotor, which consisted of the aerodynamic efficiency as a function of the specific speed.After the modeling, it was obtained that the Savonius rotor with two blades and helical angle of 60° was the one that obtained the best aerodynamic performance, whereas for the Darrieus rotor it was the one that was composed of two blades and helical angle of 75°. For its integration, a graph of the efficiency was generated as a function of the angle of rotation, this would integrate the rotors avoiding aerodynamic overlaps. When generating new designs of hybrid rotors, new sensitivity parameters were implemented, these were the separation distance between the rotors, varying this parameter in 30 mm, 45 mm and 60 mm. Finally, the hybrid rotor that obtained the best performance was the one that presented the greater distance between the rotors.

ENERGIA EOLICA; ROTOR DARRIEUS; ROTOR HIBRIDO;