Diseño y Análisis del Rendimiento de una Turbina Eólica de Tulipán con Anillo Difusor para bajas Velocidades del Viento

Abstract

En respuesta al desafío global de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y promover una transición hacia fuentes de energía más sostenibles, este proyecto se enfoca en la mejora del rendimiento de las turbinas eólicas en condiciones de bajas velocidades del viento. En particular, se aborda el problema de cómo aprovechar eficazmente las bajas velocidades del viento, un obstáculo importante para la generación de energía eólica, tanto en México como en otros lugares del mundo. La propuesta de solución se enfoca en el diseño y análisis de una turbina eólica de Tulipán con la incorporación de un anillo difusor, diseñada para operar de manera eficiente en condiciones de bajas velocidades del viento, buscando aumentar significativamente su coeficiente de potencia. La metodología empleada en este trabajo se basó en la verificación del coeficiente de potencia a través de simulaciones en ANSYS® Workbench. Se evaluaron diferentes configuraciones para diferentes valores del diámetro de garganta (𝐷𝑔) y para el ángulo azimutal (θ), en donde la incorporación del anillo difusor con un 𝐷𝑔=8𝑐𝑚 y θ=20° lograron los mejores resultados. Los resultados indican un incremento del 11.24% en el rendimiento de la turbina a bajas velocidades del viento en comparación con el modelo convencional. En el modelo acoplado se lograron valores de 𝐶𝑝=0.0278 para (𝐷𝑔=8𝑐𝑚, λ=0.36) y 0.0656 para (𝐷𝑔=8𝑐𝑚,λ=0.85). Mientras que, el modelo convencional obtuvo valores de 𝐶𝑝 significativamente más bajos, son de 0.0025 para 𝐶𝑝(λ=0.36) y 0.0058 para 𝐶𝑝(λ=0.85). Es importante destacar que este diseño se desarrolló y evaluó a una escala reducida y específicamente para condiciones de viento a baja velocidad. Los resultados resaltan el potencial de esta tecnología para mejorar el coeficiente de potencia de las turbinas eólicas en regiones con velocidades de viento moderadas, lo que representa un avance significativo hacia la generación de energía más sostenible en todo el mundo.