Desarrollo de una metodología de análisis del microemplazamiento de parques eólicos mediante técnicas CFD

Abstract

The introduction of renewable energies remains a challenge today. Specifically, wind energy, due to the high cost of assessment techniques when a new wind farm is to be built. This is due to the material used for it (sensors, anemometers) and that they must be for months in order to obtain sufficient data. The present final degree project tackles a new method of study using the CFD open-source platform OpenFOAM. To this end, a Linux virtual machine has been used in a server farm (vSphere) that has allowed to allocate the necessary resources according to their needs. The case study chosen is a mountain belonging to a classical problem of fluid mechanics. In this way, it is possible to validate the proposed model with a series of experimental data. Three different models of turbulence will be studied, which will have 5 different mesh types. Once the 15 cases have been simulated, a mesh convergence analysis will be carried out, in which the best mesh of each model will be determined without considering the experimental data, as proposed by the American Society of Mechanical Engineers (ASME). Once the best mesh of each model is obtained, all meshes will be compared to the experimental results from an analysis of variance (ANOVA). In this way, it will be known if the mesh that best predicts the experimental result is one of the best convergence analysis or not. And, if not, the best mesh would be chosen to work with the model justifying its final choice.

La implantación de energías renovables sigue siendo a día de hoy un reto. En concreto, la energía eólica, ya que es muy costosa la realización de un estudio previo para conocer si es rentable establecer un nuevo parque o microparque eólico. Esto se debe al material utilizado para ello (sensores, anemómetros) y a que deben estar durante meses para poder obtener las series temporales significativas. El presente proyecto final de grado aborda un nuevo método de estudio a partir de técnicas CFD mediante un software de código abierto y libre distribución (OpenFOAM). Para ello se ha utilizado una máquina virtual Linux en una granja de servidores (vSphere) que ha permitido asignar los recursos necesarios en función de sus necesidades. El caso de estudio elegido es una colina sometida a un flujo de aire horizontal que constituye un problema clásico de la mecánica de fluidos. De esta manera se puede llegar a validar el modelo propuesto con una serie de datos experimentales. Se han estudiado 3 modelos diferentes de turbulencia, ensayándose 5 tamaños de malla diferentes. Una vez simulados los 15 casos, se procede a realizar un análisis de convergencia de malla en el cuál se determina el grado de convergencia de la malla según el modelo de turbulencia empleado sin tener en cuenta los datos experimentales, tal y como propone la asociación americana de ingenieros mecánicos (ASME). Una vez obtenida la malla convergida de cada modelo se lleva a cabo un proceso de validación empleando resultados experimentales a partir de un análisis de varianza (ANOVA). De entre las mallas convergidas se elige la correspondiente al modelo de turbulencia que más se ajusta a los datos experimentales.

La implantació de energies renovables és encara un repte a dia de hui. En concret, l'energia eòlica, ja que és molt costosa la realització d'un estudi previ per a conéixer si és rentable establir un nou parc o microparc eòlic. Això es deu al material utilitzat per a dur-lo a terme (sensors, anemòmetres) i a que deurien estar durant mesos per a poder obtindre les sèries temporals significatives. El present projecte final de grau aborda un nou mètode d'estudi a partir de tècniques CFD mitjançant un software de codi obert i lliure distribució (OpenFOAM). Per a dur-lo a terme s'ha utilitzat una màquina virtual Linux en una granja de servidors (vSphere) que hi ha permès assignar els recursos necessaris en funció de les seues necessitats. El cas d'estudi triat és una muntanya que pertany a un problema clàssic de la mecànica de fluids. D'aquesta manera es pot arribar a validar el model proposat amb una sèrie de dades experimentals. S'estudiaran 3 models diferents de turbulència, els quals comptaran amb 5 tipus de malles distintes. Una vegada simulats els 15 casos, es procedirà a realitzar un anàlisi de convergència de malla en el qual es determinarà la malla convergida sense tenir en compte les dades experimentals, tal com proposa l'associació americana d'enginyers mecànics (ASME). Una vegada obtinguda la millor malla de cada model es procedirà a comparar si aquestes malles són les que millor s'adapten als resultats experimentals a partir d'un anàlisi de variança (ANOVA). D'aquesta manera es tria la millor malla convergida per a treballar amb el model justificant la seua elecció final.