Caracterización del comportamiento de potencia por unidad de área en arreglos de turbinas eólicas de eje vertical en túnel de viento de capa límite

Abstract

La energía eólica ha emergido como un contribuyente crucial en la generación de energía renovable, desempeñando un papel principal en la transición global hacia una economía más limpia y sostenible. Estudios previos han investigado las ventajas técnicas de las turbinas eólicas de eje vertical operando a distancias cercanas entre rotores. Sin embargo, estas investigaciones carecen de un enfoque comparativo entre diferentes arreglos geométricos que permita avanzar hacia la estandarización de configuraciones en granjas eólicas con turbinas de eje vertical. Este estudio propone analizar varias configuraciones de granjas eólicas, comparando su desempeño mediante experimentación en túnel de viento. Utilizando una prueba estadística ANOVA de dos vías, se evalúa la hipótesis de que existen diferencias significativas generadas por el arreglo geométrico y las distancias entre rotores. Los hallazgos indican que la combinación de factores controlables, como la geometría de la granja eólica y el espaciamiento entre rotores, ejerce una influencia sustancial en el desempeño de las turbinas eólicas de eje vertical cuando operan a distancias cercanas. En el experimento, se obtuvieron variaciones en la sumatoria promedio de potencia desde un -19 % hasta un 58 %. Notablemente, la geometría propuesta por Shaheen & Abdallah (2016) muestra una mejora significativa en los coeficientes de potencia, siendo el arreglo geométrico en el que todas las variaciones de distancia entre rotores presentan aumentos en la sumatoria promedio de potencia de entre 25 % y 58 %. Esto ejemplifica la principal conclusión del proyecto: existen diferencias significativas debido a variaciones en la configuración geométrica y se pueden obtener potencias mayores cuando las turbinas de eje vertical operan a distancias cortas entre rotores, entre 0,5 y 2 veces el diámetro del rotor. Esto subraya la importancia de optimizar tanto la distribución de las turbinas como la distancia entre los rotores para mejorar el desempeño. Los resultados de este estudio no solo aportan conocimientos valiosos al saber existente, sino que también sugieren líneas para futuras investigaciones. Los estudios futuros sobre configuraciones de granjas eólicas con turbinas de eje vertical tienen el potencial de diversificar las estrategias de generación de energía eólica, adaptándose a una variedad de condiciones de viento y escalas de generación.