Desarrollo y aplicación de una metodología innovadora para el ensayo de prototipos a escala de turbinas eólicas de eje vertical en túneles de viento

Abstract

En la actualidad, los modelos energéticos mundiales están cada vez más centrados en el uso de renovables. Tecnologías renovables como la solar o la eólica dependen de fenómenos naturales difícilmente predecibles, por ello la generación de energía distribuida es muy importante. Dentro de ese marco las turbinas eólicas de eje vertical (VAWT) han cobrado interés, sobre todo para su aplicación en entornos urbanos. Además, se ha concluido recientemente que este tipo de turbinas podrían resultar competitivas en aplicaciones offshore en aguas profundas. Sin embargo, el estudio de estas turbinas es complejo debido a la complicada aerodinámica que presentan. En este contexto, existe una gran cantidad de investigación en modelos de predicción de prestaciones. Sin embargo, para validar estos modelos es necesario contar con datos experimentales, lo cual suele resultar difícil y costoso. En experimentos al aire libre, es complicado obtener datos fiables, debido a la falta de control sobre las condiciones de los ensayos, mientras que los experimentos en túneles de viento requieren una gran infraestructura, forzando frecuentemente una reducción en la escala de los experimentos. Esto dificulta la medida de variables como la potencia, debido a su pequeña magnitud. En este trabajo se presenta el desarrollo de una innovadora metodología para la caracterización de prestaciones de turbinas de eje vertical en túneles de viento. Dicha metodología presenta ventajas relevantes frente a las convencionales, siendo capaz de obtener una profunda caracterización, y un gran número de puntos, sin incurrir en largos tiempos de ensayo. Además, los costes de infraestructura e instrumentación son moderados, ya que la utilización de un elemento activo permite solucionar los problemas derivados de la escala, y no se necesitan instrumentos de medida de alto coste como pueden ser los torquímetros. Los resultados obtenidos demuestran la utilidad de esta metodología para la validación de modelos analíticos y computacionales fluidodinámicos (CFD) y resulta especialmente interesante porque permite aislar los efectos de elementos secundarios como la estructura o los brazos. Además, los resultados obtenidos coinciden con los previsibles para una turbina de estas características y concuerdan con los encontrados en la bibliografía, permitiendo validar la metodología desarrollada. Se espera que la buena caracterización que permite la metodología desarrollada, así como sus moderados costes de infraestructura e instrumentación, promuevan su aplicación en otros ensayos, permitiendo que la investigación experimental de este tipo de turbinas, generalmente restringida al ámbito de las grandes universidades e importantes centros de investigación, se extienda y se enriquezca.