Aerodinamica

La mecánica de fluidos se ha dividido en diferentes ramas, las cuales cubren diferentes aspectos de la ingeniería, solucionando problemas de la vida cotidiana y a la vez desarrollando nueva tecnología y descubriendo nuevos campos de la ciencia. Una de estas ramas de la mecánica de fluidos es la aerodinámica; ésta se ocupa del movimiento del aire y otros fluidos gaseosos, y de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos que se mueven en dichos fluidos.

Un ejemplo de lo que estudia la aerodinámica son las TURBINAS EÓLICAS, tema que se desarrollará a continuación. El principal problema de las turbinas eólicas es que producen alta contaminación acústica, problema que se ha convertido en una gran preocupación para las industrias de turbinas eólicas en especial para las turbinas de viento a pequeña escala.

La energía eólica tiene un papel importante que contribuye al desarrollo de energías sostenibles. A la vez las turbinas de viento a pequeña escala parecen contribuir mucho a dicho desarrollo, sin embargo, el ruido de la turbina de viento es uno de los principales obstáculos en el uso generalizado de la energía eólica. Las principales fuentes de ruido en una turbina son: el ruido mecánico (ventiladores, caja de cambios, generadores, etc) y el ruido aerodinámico que se origina a partir de la interacción rotor-viento.

En el presente trabajo nos centraremos en la optimización de los perfiles aerodinámicos ocupados en las turbinas de viento a pequeña escala, el propósito principal de este proceso de optimización es disminuir los niveles de emisión de ruido al tiempo que aumenta el rendimiento aerodinámico de una turbina eólica, (a pequeña escala), mediante el ajuste de la forma de la superficie de sustentación.

El proceso de optimización se basa en los cambios geométricos realizados sobre las superficies de sustentación, dicho proceso comienza con la predicción de la generación de ruido, luego se investiga experimentalmente la generación de sonido debido al desprendimiento de vórtice. Finalmente se logra la geometría de perfil aerodinámico que emite niveles más bajos de ruidos y sin embargo aerodinámicamente suficientes.

Éstas técnicas de optimización abarcan métodos desde desprendimiento de vórtices hasta subsónicos, siendo los más práctico, el colocar un defrector de flujos en bordes de las de la turbina, lo que provoca una separación de flujo reduciéndose el ruido y el otro método efectivo es disminuir el espesor máximo de la superficie de sustentación de la línea de base.

El auto-ruido generado en un perfil aerodinámico se clasifican en cuatro categorías, a continuación se presenta un cuadro resumen con el origen del problema y su optimización, llevada a la mecánica de fluidos.

Tipo de auto-ruido Ecuación en la mecánica de fluidos

-El ruido generado al formarse turbulencias y se despierta alrededor del borde de salida del ala

(1) (2)

efecto Doppler :

( 3 )

-El ruido producido al existir un límite laminar en cualquier lado de un perfil aerodinámico.

- Dado que la característica de ese tipo de ruido es la amplificación de realimentación, es tonal y por lo tanto no es preocupante para las turbinas de viento de escala más grande con mayor número de Reynolds. Sin embargo, sigue siendo una preocupación importante para los pequeña escala que son objeto de este estudio.

-El ruido que se forma debido a la emisión de vórtices causados por la brusquedad del borde de salida.

- Dado que esta fuente de emisión de ruido de las turbinas de viento está directamente relacionado con la geometría de perfil aerodinámico, el modelo incluye algunos parámetros geométricos definidos.

-El ruido producido por las características del flujo entrante.

Esquema del sistema estudiado…

El proceso de optimización, se basa en los cambios geométricos realizados sobre las superficies de sustentación, se ha aplicado a los perfiles de FX 63 a 137, S822, S834, SD2030, SG6043 y SH3055.

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