Se pretende determinar las características óptimas de un perfil aerodinámico para una turbina eólica de eje horizontal, mediante simulación numérica y experimentos en túnel de viento, para aplicaciones en zonas boscosas, de bajo potencial eólico y de pequeña escala.

OBJETIVOS

  • Caracterizar el recurso eólico en regiones boscosas en Costa Rica.
  • Modelar el comportamiento característico de la influencia del suelo sobre el viento.
  • Definir el perfil aerodinámico o la combinación de perfiles existentes que captura mayor cantidad de energía para las condiciones de estudio.

METODOLOGÍA

Se recopilará y analizará información acerca del recurso eólico, tanto por medios experimentales como investigativos en el campus y a nivel nacional. Acto seguido y mediante el software Matlab, se pretende desarrollar un algoritmo computacional con el cual se podrá caracterizar la influencia del suelo en el aire en regiones boscosas; donde, por medio de los resultados de la experimentación en regiones boscosas, se definirá un perfil o la combinación de estos, que capturen la mayor cantidad de energía para las condiciones de estudio.

RESULTADOS ESPERADOS

Generar conocimiento para un aprovechamiento práctico del recurso eólico en zonas alejadas de centros urbanos. Posterior, este conocimiento será empleado en la construcción de turbinas de pequeña escala que se comporten y se adopten de manera óptima en regiones boscosas

Resultados hasta el 22/06/22

Actualmente, se cuenta con la turbina con capacidad de producir 500 W de potencia. Se debe terminar de realizar la configuración técnica de la turbina y probarla hasta que sea posible conseguir los resultados esperados. Con la configuración actual, la turbina está siendo capaz de generar menos de 1% de su potencia total objetivo.

Adicionalmente, se desea generar un estudio técnico de las especificaciones técnicas de la turbina, como generar una gráfica del coeficiente de potencia vs el TSR (Tip speed ratio). Este último cuantifica la relación de velocidades entre el aire incidente en la turbina contra la velocidad angular de giro de esta.

El proyecto está en etapa de prueba, actualmente es necesario realizar mediciones con la metodología experimental desarrollada:  colocar dos resistencias en serie y mediante multímetros medir la diferencia de potencial de la corriente directa generada por la turbina (luego de haber utilizado un rectificador de corriente) y la intensidad de la corriente en sí. También, mediante un estroboscopio se pretende medir la velocidad angular de giro de la turbina para obtener el TSR.  

Proyecto de turbina a pequeña escala

El estudiante Carlos Echandi-Jara de la carrera de ingeniería en Mecatrónica se encuentra generando un proyecto de crear una pequeña turbina eólica. A la fecha del 11 de octubre del 2021 se han definido una serie de parámetros, como lo sería el diámetro de la turbina a utilizar, el perfil aerodinámico y la altura de la turbina. A continuación se presentan las especificaciones técnicas determinadas hasta el momento:

· Diámetro: 26 cm

· Altura: 34 cm

· Perfil aerodinámico: AH 93-W-145, el cual se obtuvo de la página: http://airfoiltool.com

Con estas especificaciones se generó un modelo CAD, como se muestra al final.

El proyecto se encuentra en proceso y quedan algunas tareas por hacer, como sería:

· Buscar modelos similares en el internet.

· Investigar bibliografía relacionada.

· Probar el sensor Hall.

Comenzar con la construcción de la turbina propiamente.

Publicaciones realizadas: 

A continuación se presentan publicaciones realizadas por los investigadores del laboratorio sobre turbinas de pequeñas escalas: 

  • Simulación del desempeño de tres perfiles aerodinámicos en flujo turbulento (Montenegro-Montero y Richmond-Navarro, 2021).
  • Efecto de un difusor tipo wind lens en flujo turbulento (Richmond-Navarro et al., 2021)
  • Shrouded wind turbine performance in yawed turbulent flow conditions (Richmond-Navarro et al., 2022).

Referencias

Montenegro-Montero, M., & Richmond-Navarro, G. (2021). Simulación del desempeño de tres perfiles aerodinámicos en flujo turbulento.

Richmond-Navarro, G., Casanova-Treto, P., & Hernández-Castro, F. Efecto de un difusor tipo wind lens en flujo turbulento. Uniciencia [online]. 2021, vol. 35, n. 2.

Richmond-Navarro, G., Uchida, T., & Calderón-Muñoz, W. R. (2022). Shrouded wind turbine performance in yawed turbulent flow conditions. Wind Engineering, 46(2), 518-528.

 

Video explicativo del profesor Gustavo Richmond Navarro