VIC
UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN
NICOLAS DE HIDALGO
INTERFAS TIMEO – ANSYS PARA EL MODELADO Y ANALISIS MODAL DE ALABES DE TURBINA DE VIENTO
INTERFAS TIMEO – ANSYS PARA EL MODELADO Y ANALISIS MODAL DE ALABES DE TURBINA DE VIENTO
VICTOR LÓPEZ GARZA
ERASMO CADENAS CALDERÓN
RICARDO ALVAREZ CERVERA
JOSÉ LUIS MORENO JIMENEZ
El papel realizado por la energía en la satisfacción de necesidades fundamentales:
la creación de puestos de trabajo.
promover el desarrollo económico.
promover una calidad de vida decente y pacífica entre los ciudadanos es un aspecto fundamental del desarrollo sostenible y equitativo.
Introducción
En el período de 1995 a 2020, se prevéque la demanda mundial de energía
aumentará en un 65% aproximadamente, que equivale a alrededor del 2% anual.
No cabe duda que el petróleo mantendrá su posición como la mayor fuente de energía
primaria, representando el 40% de la energía producida en el mundo, aproximadamente
equivalente a la participación que tiene en la actualidad.
“ Aunque hay abundancia de reservas comprobadas de petróleo a
nivel mundial, no se garantiza el suministro del mismo. “
ENERGÍA RENOVABLESe cree que en las dos próximas décadas éstas van a crecer aun más rápidamente.
En años recientes, los mercados de energía renovable han cambiado de marcha
La energía eólica ha pasado de 2.170 megavatiosprincipios de 1992 a 24.800 megavatios a principios de 2002
Más de diez veces en 10 años.
Se estima que el potencial eoloeléctricotécnicamente aprovechable de México alcanza los 5,000 MW, lo que equivale a 14% de la capacidad total de generación eléctrica instalada actualmente.
Potencial eólico en la Republica Mexicana, (cortesía del IIE).
EL VIENTOEl viento es consecuencia de la radiación solar.
Esquema de circulación del aire a escala planetaria en un sistema rotacional
Otros efectos condicionantes• Efectos meteorológicos
• A nivel local, los efectos producidos por el mar y las montañas
• Los que se derivan de la orografía del terreno
TURBINAS DE VIENTO
Una turbina de viento convierte la energía cinética del viento en potencia mecánica, esta fuerza mecánica puede ser utilizada
para tareas especificas.
LA ENERGÍA DEL VIENTOLey del cubo:
3ρAV21E =
TEORÍA DE BETZBetz formuló la teoría global del motor eólico de eje
horizontal, y cuya expresión es:
21max 27
8 SVP ρ= 3
AERODINÁMICA DE LASTURBINAS DE VIENTO
La misión del rotor en un aerogenerador es transformar la energía cinética del viento en energía mecánica.
Las palas o alabes de los rotores poseen una forma en su sección transversal que les permite aprovechar al máximo la energía del viento.
N
R
D
L
A
V
M
c
EL PERFIL AERODINÁMICO
Fuerza resultante R y momento M.
αα AsenNL −= cos
αα cosANsenD +=
ARRASTRE
SUSTENTACIÓN
Raíz
ANALISIS DE PERFILES
Perfiles aerodinámicos
Punta
Alta velocidad
Baja velocidad
Baja Presión
Alta Presión
Viento Relativo
Viento Relativo
Cg
Sustentación
Arrastre
Fuerza Aerodinámica
90º
Viento
U
VTW
φα
β
α = Angulo de ataque
β = Angulo de asiento
φ = Angulo de flujo
r = 0.2m, α = 16º, W = 8.0015 m/s
r = 0.2375m, α = 15.83º, W = 8.69 m/s
Distribución de presiones Distribución de velocidades
r = 0.275m, α = 15.67º, W = 9.446 m/s
r = 0.35m, α = 15.33º, W = 11.104 m/s
Distribución de presiones Distribución de velocidades
r = 0.425m, α = 15º, W = 12.88 m/s
r = 0.5m, α = 14.67º, W = 14.726 m/s
Distribución de presiones Distribución de velocidades
r = 0.65m, α = 14º, W = 18.54 m/s
r = 0.8m, α = 13.33º, W = 22.45 m/s
Distribución de presiones Distribución de velocidades
r = 1.1m, α = 12º, W = 30.39m/s
r = 1.4m, α = 10.7º, W = 38.42 m/s
Distribución de presiones Distribución de velocidades
r = 2m, α = 8º, W = 54.58 m/s
Distribución de presiones Distribución de velocidades
SISTEMAS DE UN GRADO DE LIBERTAD
VibracionesLibres
Un sistema de vibración simple esta compuesto por una masa msujeta a un resorte con una constante k
mk
x
Soporterígido
Segunda ley de Newton la ecuación gobernante es:
kxxm −=°°
Cuando t = 0 con x = x0 la solución es:
( )twxx no cos=
Donde:
mkwn =
En general la solución es:
( ) ( )twwxtwxx nn
ono sincos
•
+=
DESARROLLO DESOFTWARE
Criterios tomados:Elección del perfil.
Calculo de la longitud del alabe.
Calculo de la cuerda.
Calculo de los coeficientes de arrastre y sustentación.sustentación.
Calculo de los ángulos de flujo y de asiento.
Calculo de la velocidad tangencial.
Este procedimiento de cálculo es repetido en diversas ocasiones (velocidad especifica)
Finalmente se obtiene diseños de alabes viables, de los cuales una rutina interna aplicando Inteligencia Artificial se encarga de elegir el mejor.
Alabe .TXT/GRA,POWER
/GST,ON
/PREP7
K,1,0.20798262,0.16778285,0.096555
K,2,0.20747912,0.16760260,0.096555
K,3,0.20596485,0.16707933,0.096555
K,4,0.20372063,0.16642247,0.096555
K,5,0.20070514,0.16549600,0.096555
K,6,0.19708180,0.16430168,0.096555
Alabe .TXT/GRA,POWER
/GST,ON
/PREP7
K,1,0.20798262,0.16778285,0.096555
K,2,0.20747912,0.16760260,0.096555
K,3,0.20596485,0.16707933,0.096555
K,4,0.20372063,0.16642247,0.096555
K,5,0.20070514,0.16549600,0.096555
K,6,0.19708180,0.16430168,0.096555
TIMEO V 3.0
ANSYS
DATOS
MODOS DE VIBRACIÓNFreq. 32.67Freq. 7.22
Freq. 60.01 Freq. 80.019
CONCLUSIONESLa energía del viento a través de aerogeneradores, es una
excelente alternativa para brindar de recurso eléctrico a comunidades que carecen de él.
El diseño de una pala para un aerogenerador, implica un amplio estudio de la energía del viento y sus efectos mecánicos
El uso del elemento finito para analizar este tipo de diseños, es un recurso importante para realizar simulaciones del comportamientoaerodinámico y modal de la pala.
El desarrollo de software nacional es una joven tecnología queesta luchando por tomar su lugar en el desarrollo de tecnología de nuestro país.
AGRADECIMIENTOS
Los autores del presente queremos hacer público nuestro agradecimiento a la
Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
