Revista de Fundamentos de Energías Renovables y Aplicaciones
Acceso abierto

abstracto

Una revisión de las condiciones de carga in situ para el modelado matemático de álabes asimétricos de turbinas eólicas

Bardsley A, Whitty JPM, Howe J y Francis J

Este artículo revisa soluciones generalizadas a la ecuación clásica de momento de viga para resolver los campos de deflexión y deformación de palas compuestas de aerogeneradores. Se presenta un funcional de momento generalizado para modelar de forma eficaz el momento en cualquier punto de un álabe/viga utilizando casos de carga in situ. Los modelos asumen que los componentes están construidos a partir de materiales compuestos cuasi-isotrópicos en el plano de un módulo elástico total de 42 GPa. Soluciones exactas para el desplazamiento y deformaciones para un perfil aerodinámico ajustado al presentado en la literatura y comparado con otro definido por la transformada de Joukowski. Los modelos sin nervaduras de refuerzo dieron como resultado deflexiones de las palas que excedían los criterios del código de diseño generalmente aceptables. Cada uno de los modelos desarrollados se validó rigurosamente mediante soluciones numéricas (Runge-Kutta) de una ecuación diferencial idéntica utilizada para derivar los modelos analíticos presentados. Los resultados obtenidos de los códigos de diseño robustos, escritos en el software asistido por computadora (CAS) de código abierto Maxima, son congruentes con las simulaciones que utilizan los códigos de elementos finitos (FE) comerciales de ANSYS, así como con datos experimentales. Una implicación importante del tratamiento teórico es que estas soluciones ahora pueden usarse en códigos de diseño para maximizar la resistencia de los componentes análogos, utilizados en los sectores aeroespacial y, más notablemente, de energía renovable, al tiempo que reducen significativamente su peso y, por lo tanto, el costo. Se presentan las condiciones de carga in situ más realistas para una pala dinámica y una pala estacionaria, que se muestra que son exclusivas de la relación óptima de velocidad de la punta de la pala, las dimensiones de la pala y la velocidad del viento.