Resumen

Las turbinas de eje vertical existen desde hace mucho tiempo, sin embargo, fue hasta principios del siglo XX cuando aparecieron dos de los modelos más utilizados en la actualidad, el rotor Darrieus (1921) y el rotor Savonius (1924), este último fue inventado por el ingeniero finlandés Sigurd J Savonius y tiene un diseño básico con dos medios cilindros que giran alrededor de un eje. En esta investigación se analizan cuatro modelos diferentes de hélices para el rotor Savonius, al igual que el rotor tradicional. El objetivo principal es encontrar el mejor coeficiente de potencia (Cp.), al igual que el coeficiente de torque (Cm) en los diferentes modelos. Para lograr este objetivo se utiliza modelado computacional CFD, con simulaciones 3D en régimen transitorio. El dominio computacional se define como una función de la longitud mínima en el sistema, y el mallado se realiza después de un análisis de independencia del tamaño de malla. En los resultados se aprecia que el rotor Savonius helicoidal presenta el mejor desempeño en las condiciones de operación analizadas, mejorando en cerca de 20% sobre las otras configuraciones. Además, el rotor de 3 hélices presenta el rendimiento más bajo con un coeficiente de poder Cp. de 0,073.

INTRODUCCIÓN

El aumento del uso de energía per cápita y la alta demanda de energía por parte de los procesos industriales modernos han incrementado drásticamente el consumo de energía [1], y como las fuentes de energía son en su mayoría combustibles fósiles, los niveles de contaminación resultantes están afectando a los ecosistemas del planeta. Debido a este hecho, recientemente ha surgido un creciente interés por encontrar nuevas formas eficientes y limpias de producir energía. Las energías alternativas han cobrado importancia ya que muestran una capacidad prometedora para abastecer la demanda energética actual minimizando el impacto medioambiental. Una de las más utilizadas es la energía eólica; se han desarrollado muchos estudios con el fin de mejorar la eficiencia de su proceso [1-24].

Actualmente, existen dos tipos de turbinas eólicas, las de eje horizontal y las de eje vertical, que tienen como característica principal la posición del eje. Las ventajas de las turbinas verticales son varias, por ejemplo, la capacidad de operar en un amplio rango de condiciones de viento, la simplicidad de su construcción y la falta de mecanismos de control en la dirección del viento. Sin embargo, hoy en día las turbinas verticales tienen un bajo rendimiento [2], por lo que varias investigaciones tienen como objetivo principal evaluar y mejorar sus prestaciones. Asimismo, en los últimos años se han desarrollado varios estudios para evaluar el comportamiento de Savonius en diferentes condiciones de operación [1-3]. Incluso incluyen modificaciones en la configuración básica para mejorar el rendimiento.

• Materias:Turbinas Facultad de Ingeniería Modelado de simulación
• Subjects:Turbines Faculty of Engineering Simulation modeling
• Palabras claves:Savonius, energía eólica, turbina vertical, estudio numérico, CFD.
• Keywords: Savonius, eolic energy, vertical turbine, numerical study, CFD.