EFECTO CASCADA EN UNA TURBINA EÓLICA DE EJE HORIZONTAL MULTIPALA

Resumen

A pesar de su uso generalizado, los aerogeneradores de eje horizontal enfrentan desafíos significativos, especialmente con el efecto cascada, un fenómeno que impacta directamente en su eficiencia. El efecto cascada surge debido a la proximidad de las palas del aerogenerador, lo que resulta en una desviación en las líneas de corriente del viento y altera la distribución de presión en las secciones de las palas. Comprender el efecto cascada es crucial para evitar sobreestimar la velocidad angular del aerogenerador y prevenir evaluaciones inexactas de su eficiencia; sin embargo, existe una falta de modelos predictivos confiables en la literatura existente. El objetivo principal de este estudio es desarrollar un modelo novedoso para prever el efecto cascada en aerogeneradores de eje horizontal con múltiples palas, utilizando la Teoría del Momento del Elemento de Pala (BEMT, por sus siglas en inglés). El modelo propuesto se centra en las alteraciones de la corriente para corregir el efecto cascada, incorporando cuatro fenómenos delineados por Selig et al. (1995): flotabilidad, bloqueo sólido, bloqueo de estela y curvatura de las líneas de corriente. Las ecuaciones en el estudio representan desarrollos específicos para corregir el ángulo de ataque (αc), resultando en coeficientes de sustentación (CLc) y resistencia (CDc) corregidos. Este enfoque mejora la precisión de los parámetros aerodinámicos en aerogeneradores de múltiples palas, teniendo en cuenta la influencia del efecto cascada. La validación del modelo BEMT propuesto implicó compararlo con datos experimentales de John, Vaz & Wood (2020). Los experimentos utilizaron palas rectas con un perfil aerodinámico curvado, común en aerogeneradores de múltiples palas. Los datos de Bruining (1979) se incorporaron al modelo BEMT para determinar los coeficientes de potencia para rotores de múltiples palas (N = 3, 6, 12 y 24), validando la efectividad del código. Los resultados demostraron la eficacia del modelo en corregir el efecto cascada, destacando su relevancia para mejorar la eficiencia de los aerogeneradores en el contexto global de la producción de energía renovable.