Simulación del desempeño de tres perfiles aerodinámicos en flujo turbulento

Resumen

En este trabajo se presentan las curvas de coeficientes de sustentación y arrastre en función del ángulo de ataque, para los perfiles NACA0012, S809 y SG6043 en condiciones de flujo turbulento. El objetivo es identificar el perfil aerodinámico que tiene mejor rendimiento en condiciones de relevancia para las turbinas eólicas de pequeña escala. El análisis se realizó mediante simulación utilizando OpenFOAM. En el caso del perfil NACA0012 se encuentra que su desempeño es poco sensible a cambios en la turbulencia y en el número de Reynolds. La respuesta del perfil S809 es de aumentar tanto el arrastre como la sustentación al aumentar la turbulencia. El desempeño del perfil SG6043 resulta ser el más conveniente en flujo turbulento pues las curvas de sustentación en su mayoría aumentan al aumentar la turbulencia. Las curvas que se reportan aquí son inéditas y no se encuentra en la literatura.

Palabras clave: aerodinámica, sustentación, arrastre, turbulencia.

Referencias

[1]R. Madriz-Vargas, A. Bruce, M. Watt, L. G. Mogollón y H. R. Álvarez, «Community renewable energy in Panama: a sustainability assessment of the “Boca
de 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 y 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 y 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 y 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 y 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 y 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 y 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 y J. Hureau, «Rotational and turbulence effects on a wind turbine blade. Investigation of the stall mechanisms,» Journal of
wind 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 y 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 y 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 y Y. Kamada, «Experimental and numerical investigation of the effect of turbulent inflow on a Horizontal Axis Wind
Turbine (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 y 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 y 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 y 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, [En línea]. Disponible: https://turbmodels.larc.nasa.gov/langtrymenter_4eqn.html. [Último acceso: 08 03 2021].