On horizontal axis wind turbines design, optimization and CFD analysis

Abstract

[ES] El uso de la energía eólica para la generación de energía es cada vez más atractivo y está ganando una gran participación en el mercado de producción de electricidad en todo el mundo.

En este estudio se podrán ver los diferentes pasos que hay que dar para diseñar y analizar un aerogenerador, pudiendo ver qué cosas merecen la pena tener en cuenta, qué problemas pueden surgir y cómo solucionarlos. Además, se identificarán los puntos óptimos de operación, pudiendo ofrecer un rango de trabajo en el que la turbina obtendrá la máxima potencia manteniendo una producción segura y mínimos gastos de mantenimiento.

Se observarán los efectos de varios parámetros básicos de diseño teóricamente, así como las ventajas y desventajas de las suposiciones realizadas. Al final, una vez sentadas las bases teóricas, se realizará un modelado fluidodinámico para que el análisis de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD por sus siglas en inglés) estudie más en profundidad los fenómenos que rodean estos casos, averiguando cuáles son los aspectos más importantes, y hasta qué punto la teoría o el CFD es capaz de predecir algunos de estos efectos.

Además, este documento tiene la intención de proporcionar un punto de vista ilustrativo sobre el análisis CFD de una forma aerodinámica, que podría resultar útil para otros estudiantes, investigadores o incluso personas aficionadas al tema.

[EN] The use of wind energy for power generation purposes is becoming increasingly attractive and gaining a great share in the electrical power production market worldwide.

In this study, one will get to see the different steps that have to be made in order to design and analyse a wind turbine, being able to see which things are worth taking into account, and which problems may arise and how to solve them. In addition, the optimum operation points will be identi ed, being able to offer a range of operation in which the wind turbine will obtain the maximum power while keeping a safe operation and minimum maintenance costs.

The effects of several core design parameters will be observed theoretically, as well as the pros and drawbacks of the assumptions made. In the end, once the theoretical background has been determined, a fluid dynamic modelling will be carried out and the Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis will study more in deep the phenomena surrounding these cases, fi nding out which are the most important aspects, and up to which point theory or CFD is able to predict some effects.

Moreover, this document intends to provide an illustrative point of view on CFD analysis of an aerodynamic shape, which might prove useful to any other students, researchers or even intriguing people.