Diseño optimizado de las palas de aerogeneradores

Abstract

En esta investigación se desarrolló una metodología de diseño de palas de aerogeneradores de baja potencia, combinando elementos de los análisis del recurso eólico, aerodinámico y estructurales. La misma fue implementada en un código programado en Matlab, donde la sección del análisis del clima de viento está dedicada a determinar las características normales y extremas del viento, a partir de las cuales se determina la velocidad del viento nominal de diseño (óptima) que garantiza la máxima extracción de energía. Para el diseño aerodinámico se desarrolló el método del elemento de la pala (BEM) a partir del cual se determinó la geometría de la pala, así como las fuerzas y momentos que actúan sobre cada sección de la misma. Para el diseño estructural se desarrolló el modelo de carga simple (MSC) y un modelo de elemento finito de una viga usando la teoría de vigas de Timochenko para determinar las deflexiones debido a las fuerzas de empuje sobre cada sección de la pala. Para validar la metodología desarrollada se diseñó y manufacturó una pala, y se realizaron análisis de las deflexiones de la misma mediante análisis y simulación por elementos finitos. In this research a design methodology for low power wind turbine blades was developed, combining elements of wind resource, aerodynamic and structural analysis. It was implemented in a code programmed in Matlab, where the wind climate analysis section is dedicated to determining the normal and extreme wind characteristics, from which the nominal (optimal) design wind speed that guarantees the maximum energy extraction is determined. For the aerodynamic design, the blade element method (BEM) was developed, from which the blade geometry was determined, as well as the forces and moments acting on each section of the blade. For the structural design, the simple load model (SLM) and a finite element model of a beam were developed using Timochenko's beam theory to determine the deflections due to the thrust forces on each blade section. To validate the methodology developed, a blade was designed and manufactured, and its deflections were analyzed by means of finite element analysis and simulation.