Optimización Multi-Objetivo de una Pequeña Palas de Aerogenerador de Eje Horizontal para Generar el Máximo Par de Arranque a Bajas Velocidades del Viento
Autores: Akbari, Vahid; Naghashzadegan, Mohammad; Kouhikamali, Ramin; Afsharpanah, Farhad; Yaïci, Wahiba
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Optimización Multi-Objetivo de una Pequeña Palas de Aerogenerador de Eje Horizontal para Generar el Máximo Par de Arranque a Bajas Velocidades del Viento
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Torque de arranque
Pequeña turbina eólica
Diseño de palas
Estudio de optimización
Longitud de cuerda
ángulo de torsión
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
Generar un alto par de arranque es un factor crítico para la aplicación de pequeñas turbinas eólicas en regiones con baja velocidad del viento. En el presente estudio, las palas de una pequeña turbina eólica fueron diseñadas y optimizadas para maximizar la potencia de salida y el par de arranque. Para este propósito, se consideraron la longitud de la cuerda y el ángulo de torsión como variables de diseño, y se utilizó un estudio de optimización multiobjetivo para evaluar la geometría óptima de la pala. Se utilizó la técnica de momento de elemento de pala (BEM) para calcular los objetivos de diseño y se empleó un algoritmo genético para realizar la optimización. El método BEM y las herramientas de optimización fueron verificados con los resultados de pruebas en túnel de viento de la turbina base y las ecuaciones de Schmitz, respectivamente. Los resultados mostraron que desde el punto de vista aerodinámico, la pala de una pequeña turbina eólica se puede dividir en dos secciones: / < 0.52, que es responsable de generar el par de arranque, y / >= 0.52, donde se genera la mayor parte de la potencia de la turbina. Al aumentar la longitud de la cuerda y el ángulo de torsión (especialmente la longitud de la cuerda) en la sección / < 0.52 y seguir las distribuciones ideales de longitud de cuerda y ángulo de torsión en la parte / >= 0.52, se observó un aumento del 140% en el par de arranque de la pala diseñada con solo una reducción del 1.5% en el coeficiente de potencia, en comparación con la pala base. De este modo, la velocidad del viento de arranque se redujo de 6 m/s para la pala base a 4 m/s para la pala diseñada, lo que proporciona mayores posibilidades para el funcionamiento de esta turbina en áreas con velocidades de viento más bajas.
Descripción
Generar un alto par de arranque es un factor crítico para la aplicación de pequeñas turbinas eólicas en regiones con baja velocidad del viento. En el presente estudio, las palas de una pequeña turbina eólica fueron diseñadas y optimizadas para maximizar la potencia de salida y el par de arranque. Para este propósito, se consideraron la longitud de la cuerda y el ángulo de torsión como variables de diseño, y se utilizó un estudio de optimización multiobjetivo para evaluar la geometría óptima de la pala. Se utilizó la técnica de momento de elemento de pala (BEM) para calcular los objetivos de diseño y se empleó un algoritmo genético para realizar la optimización. El método BEM y las herramientas de optimización fueron verificados con los resultados de pruebas en túnel de viento de la turbina base y las ecuaciones de Schmitz, respectivamente. Los resultados mostraron que desde el punto de vista aerodinámico, la pala de una pequeña turbina eólica se puede dividir en dos secciones: / < 0.52, que es responsable de generar el par de arranque, y / >= 0.52, donde se genera la mayor parte de la potencia de la turbina. Al aumentar la longitud de la cuerda y el ángulo de torsión (especialmente la longitud de la cuerda) en la sección / < 0.52 y seguir las distribuciones ideales de longitud de cuerda y ángulo de torsión en la parte / >= 0.52, se observó un aumento del 140% en el par de arranque de la pala diseñada con solo una reducción del 1.5% en el coeficiente de potencia, en comparación con la pala base. De este modo, la velocidad del viento de arranque se redujo de 6 m/s para la pala base a 4 m/s para la pala diseñada, lo que proporciona mayores posibilidades para el funcionamiento de esta turbina en áreas con velocidades de viento más bajas.