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Estudio experimental y computacional de las características aerodinámicas de un rotor Darrieus con palas asimétricas para aumentar la eficiencia de la turbina en condiciones de baja velocidad del viento

Autores: Isataev, Muhtar; Manatbayev, Rustem; Seydulla, Zhanibek; Kalassov, Nurdaulet; Yershina, Ainagul; Baizhuma, Zhandos

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Estudio experimental y computacional de las características aerodinámicas de un rotor Darrieus con palas asimétricas para aumentar la eficiencia de la turbina en condiciones de baja velocidad del viento


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería de Sistemas

Palabras clave

Experimental
Numérico
Rotor Darrieus
Placas horizontales
Eficiencia aerodinámica
Velocidades del viento

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 17

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
En este estudio, realizamos investigaciones experimentales y numéricas de un rotor Darrieus con palas asimétricas, que tiene dos configuraciones estructurales, con y sin placas horizontales paralelas. Las pruebas experimentales se realizaron en un túnel de viento a varias velocidades de flujo de aire (que van desde 3 m/s a 15 m/s), midiendo la frecuencia de rotación del rotor, el par y la fuerza de empuje. La simulación computacional utilizó el paquete de software ANSYS 2022 R2 Fluent, donde se realizaron simulaciones de CFD del flujo de aire alrededor de ambas configuraciones del rotor. Los cálculos emplearon el modelo de turbulencia k- realizable, mientras que se utilizó una malla no estructurada con refinamiento local en las zonas de interacción entre las palas y el flujo para la generación de la malla. Los resultados del estudio mostraron que el rotor con placas horizontales paralelas exhibe una mayor eficiencia aerodinámica a bajas velocidades de viento en comparación con el rotor sin placas. Los hallazgos experimentales indicaron que a velocidades de viento de 3-6 m/s, el rotor con placas muestra un 18-22% más de par, lo que facilita el proceso de autoarranque y estabiliza la operación de la turbina. Las simulaciones numéricas confirmaron que las placas horizontales contribuyen a estabilizar el flujo de aire al reducir la intensidad de las estructuras de vórtice detrás de las palas, disminuyendo así la resistencia aerodinámica y minimizando las pérdidas de energía. También se encontró que la presencia de placas crea un efecto de flujo dirigido, aumentando la fuerza de sustentación en las palas y mejorando el coeficiente de potencia (Cp). En el caso del rotor sin placas, las simulaciones de CFD identificaron zonas significativas de baja presión y regiones de alta turbulencia detrás de las palas, lo que conlleva a un aumento de las pérdidas aerodinámicas y una reducción de la eficiencia. Por lo tanto, los resultados de modelado experimental y numérico confirman que el rotor Darrieus con placas horizontales paralelas es una solución más eficiente para operar en condiciones de viento bajos y variables. El diseño optimizado con placas asegura un flujo más estable, reduce las pérdidas de energía y aumenta el coeficiente de potencia de la turbina. Estos hallazgos pueden ser útiles para diseñar sistemas de energía eólica a pequeña escala destinados a áreas con velocidades de viento bajas.

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