Diseño y análisis aerodinámico de la turbina híbrida savonius-darrieus mediante modelado CFD

Resumen

La transición a fuentes de energía renovables es crucial para abordar los desafíos climáticos globales, y la energía eólica emerge como una solución viable y rentable. Las turbinas eólicas de eje vertical (VAWT) ofrecen ventajas sobre las turbinas eólicas de eje horizontal (HAWT) tradicionales, particularmente en su capacidad para aprovechar el viento desde múltiples direcciones y operar eficientemente a alturas más bajas. Este estudio se centra en el diseño y análisis aerodinámico de una turbina eólica híbrida Savonius-Darrieus, que combina la capacidad de arranque automático del rotor Savonius con el rendimiento aerodinámico de alta eficiencia del rotor Darrieus. Se utilizaron simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) realizadas en ANSYS Fluent para analizar el rendimiento aerodinámico de varias modificaciones de diseño en condiciones estacionarias. Se aplicaron tres modificaciones al rotor Savonius para optimizar su eficiencia operativa, incluyendo la extensión de los extremos de las palas, alteraciones en la separación de las palas y la introducción del giro de las palas. Los resultados indican un aumento del 12,6% en el par y un aumento del 11,74% en el Cp para los modelos modificados en comparación con la configuración original, especialmente a bajas velocidades de viento (1-10 m/s). Para la turbina Darrieus, la selección y optimización del perfil aerodinámico se realizó utilizando QBLADE, centrándose en varios perfiles aerodinámicos del Comité Asesor Nacional para la Aeronáutica (NACA), el ancho de la cuerda de la pala y la relación de velocidad de punta (TSR). El perfil NACA 4412 seleccionado demostró características superiores de relación sustentación-resistencia, lo que lo hace ideal para la integración en el sistema híbrido. Los resultados de la simulación proporcionan información sobre las distribuciones de velocidad, los contornos de presión y las formaciones de estela, destacando áreas para una mayor optimización. El diseño de la turbina híbrida es prometedor para mejorar la eficiencia de la captura de energía al tiempo que aborda las limitaciones de autoarranque de los rotores Darrieus convencionales. Este estudio concluye que la turbina híbrida Savonius-Darrieus ofrece un enfoque equilibrado para la generación de energía eólica, aprovechando las fortalezas complementarias de ambos tipos de rotor.