Diseño, control y validación experimental en túnel de viento de turbinas Darrieus impresas en 3D

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Date
2016Author
Version
Acceso abierto / Sarbide irekia
Type
Trabajo Fin de Grado/Gradu Amaierako Lana
Impact
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nodoi-noplumx
|
Abstract
En este trabajo fin de grado se expone el cálculo, diseño, construcción, optimización, control MPPT y validación
experimental en túnel de viento para una serie de prototipos de VAWT tipo Darrieus. El proyecto analiza si es o no posible hibridar satisfactoriamente el concepto de palas combadas (forma
Troposkien) con el concepto Giromill de palas rectas. Esta hibridación presenta, a priori, una s ...
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En este trabajo fin de grado se expone el cálculo, diseño, construcción, optimización, control MPPT y validación
experimental en túnel de viento para una serie de prototipos de VAWT tipo Darrieus. El proyecto analiza si es o no posible hibridar satisfactoriamente el concepto de palas combadas (forma
Troposkien) con el concepto Giromill de palas rectas. Esta hibridación presenta, a priori, una serie de
ventajas como la reducción de vibraciones, la optimización del ángulo de ataque o el arranque
autónomo mediante control de pitch en las palas rectas.
La complejidad del análisis aerodinámico del conjunto, dificulta su estudio mediante métodos de bajo
coste computacional como el BEM (Blade Element Momentum). Así pues, el análisis aerodinámico
para el diseño de los prototipos exige la adopción de una metodología más avanzada.
El análisis CFD (Computer Fluid Dynamics) por elementos finitos, consiste en discretizar el espacio en
pequeños volúmenes de control sobre los que se aplican las ecuaciones de Navier-Stokes. Este análisis
tiene un altísimo coste computacional y ello ralentiza el estudio sin siquiera asegurar la fidelidad con
la realidad por la peculiar dinámica que muestra el fluido en este tipo de rotor.
En busca de una mayor agilidad y fidelidad, este proyecto basa el desarrollo de la turbina en una
combinación de análisis computacional mediante el DMS (Double Multiple Stream, modelo
matemático específico para la turbina Darrieus) y la impresión 3D de prototipos diseñados con Solid
Works que son testeados empleando de forma intensiva un túnel de viento. A lo largo del presente
trabajo se detallan los hitos ofreciendo una serie de observaciones sobre lo que funciona, lo que no y
a qué se debe.
Se establecen las relaciones entre el comportamiento de los prototipos a escala de laboratorio y el
comportamiento de una turbina a escala real, considerando las limitaciones inherentes la laminaridad
del flujo que interactúa con los prototipos (número de Reynolds muy bajo). A la vista de los resultados
experimentales, se llega a la conclusión de que el aumento en el tamaño de los prototipos permite
efectuar una serie de sencillas modificaciones que aseguran la integridad de la estructura e
incrementarán de forma considerable la eficiencia en la captación de energía.
Finalmente, se diseña un control MPPT para uno de los prototipos. El proceso de identificación del
sistema emplea los resultados experimentales para construir un modelo de la planta utilizando
diagramas de bloques. Las simulaciones en Simulink juegan un importante papel en el diseño de un
control que tras ser discretizado, se implementa en forma digital operando de forma coordinada con
Matlab y Arduino. La experimentación con el sistema PROTOTIPO + GENERADOR + CONTROL MPPT en
el túnel proporciona una serie de resultados que son interpretados para identificar posibles mejoras. [--]
Subject
Diseño,
Control,
Validación experimental,
Turbinas de viento
Degree
Graduado o Graduada en Ingeniería en Tecnologías Industriales por la Universidad Pública de Navarra /
Industria Teknologietako Ingeniaritzan Graduatua Nafarroako Unibertsitate Publikoan