Investigación Numérica de la Transformación del Perfil de Palas de Cóncavo a Convexo en Turbinas Eólicas de Eje Vertical para una Mejora del Rendimiento en Condiciones de Bajo Número de Reynolds
Autores: Subramanian, Venkatesh; Ponnappa, Venkatesan Sorakka; Gurusamy, Madhan Kumar; Karthikeyan, Kadhavoor R.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Investigación Numérica de la Transformación del Perfil de Palas de Cóncavo a Convexo en Turbinas Eólicas de Eje Vertical para una Mejora del Rendimiento en Condiciones de Bajo Número de Reynolds
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Turbinas eólicas de eje vertical
VAWTs
Rendimiento aerodinámico
Tipo Darrieus
Curvatura
Pala
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Las turbinas eólicas de eje vertical (VAWTs) se utilizan cada vez más para la generación de energía descentralizada en entornos urbanos y de baja velocidad del viento debido a su captura de viento omnidireccional y su forma compacta. Este estudio investiga numéricamente el rendimiento aerodinámico de las palas de VAWT tipo Darrieus a medida que su curvatura varía sistemáticamente de profundamente convexa (-50 mm) a fuertemente cóncava (+50 mm) en siete configuraciones. Utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD) en estado estacionario con el método del rotor congelado, se realizaron simulaciones en un rango de números de Reynolds bajos de 25 a 300, representativos de escenarios de viento a pequeña escala y en techos. Los resultados indican que las palas profundamente convexas logran la mayor relación de sustentación a resistencia (Cl/Cd), alcanzando un pico de 1.65 a Re = 25 y disminuyendo a 0.76 a Re = 300, mientras que las palas fuertemente cóncavas muestran valores más bajos y más estables que oscilan entre 0.95 y 0.86. El coeficiente de potencia (Cp) y el coeficiente de par (Ct) también favorecen las formas convexas, con Cp comenzando en 0.040 y manteniéndose por encima de 0.030, y Ct sosteniendo un robusto 0.067 a bajo Re. Las palas convexas también mantienen mayores relaciones de velocidad de punta (TSR), superando 1.30 a Re = 300. Los análisis de velocidad y presión revelan que los perfiles convexos promueven flujos laminares estables y estelas compactas, mientras que las geometrías cóncavas experimentan una separación temprana del flujo y un par fluctuante. Estos hallazgos demuestran que optimizar la curvatura de la pala hacia la convexidad mejora el arranque, la estabilidad del par y la producción de energía, proporcionando una guía de diseño esencial para las VAWTs urbanas que operan bajo condiciones de bajo número de Reynolds.
Descripción
Las turbinas eólicas de eje vertical (VAWTs) se utilizan cada vez más para la generación de energía descentralizada en entornos urbanos y de baja velocidad del viento debido a su captura de viento omnidireccional y su forma compacta. Este estudio investiga numéricamente el rendimiento aerodinámico de las palas de VAWT tipo Darrieus a medida que su curvatura varía sistemáticamente de profundamente convexa (-50 mm) a fuertemente cóncava (+50 mm) en siete configuraciones. Utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD) en estado estacionario con el método del rotor congelado, se realizaron simulaciones en un rango de números de Reynolds bajos de 25 a 300, representativos de escenarios de viento a pequeña escala y en techos. Los resultados indican que las palas profundamente convexas logran la mayor relación de sustentación a resistencia (Cl/Cd), alcanzando un pico de 1.65 a Re = 25 y disminuyendo a 0.76 a Re = 300, mientras que las palas fuertemente cóncavas muestran valores más bajos y más estables que oscilan entre 0.95 y 0.86. El coeficiente de potencia (Cp) y el coeficiente de par (Ct) también favorecen las formas convexas, con Cp comenzando en 0.040 y manteniéndose por encima de 0.030, y Ct sosteniendo un robusto 0.067 a bajo Re. Las palas convexas también mantienen mayores relaciones de velocidad de punta (TSR), superando 1.30 a Re = 300. Los análisis de velocidad y presión revelan que los perfiles convexos promueven flujos laminares estables y estelas compactas, mientras que las geometrías cóncavas experimentan una separación temprana del flujo y un par fluctuante. Estos hallazgos demuestran que optimizar la curvatura de la pala hacia la convexidad mejora el arranque, la estabilidad del par y la producción de energía, proporcionando una guía de diseño esencial para las VAWTs urbanas que operan bajo condiciones de bajo número de Reynolds.