VIC UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLAS DE HIDALGO INTERFAS TIMEO ANSYS PARA EL MODELADO Y ANALISIS MODAL DE ALABES DE TURBINA DE VIENTO
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- Pedro Villanueva Acosta
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1 UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLAS DE HIDALGO VIC 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
2 Introducción 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.
3 En el período de 1995 a 2020, se prevé que la demanda mundial de energía aumentará en un 65% aproximadamente, que equivale a alrededor del 2% anual.
4 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.
5 Aunque hay abundancia de reservas comprobadas de petróleo a nivel mundial, no se garantiza el suministro del mismo.
6 ENERGÍA RENOVABLE Se 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 megavatios principios de 1992 a megavatios a principios de 2002 Más de diez veces en 10 años.
7 Se estima que el potencial eoloeléctrico técnicamente 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).
8 EL VIENTO El viento es consecuencia de la radiación solar. Esquema de circulación del aire a escala planetaria en un sistema rotacional
9 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
10 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.
11 LA ENERGÍA DEL VIENTO Ley del cubo: E = ρav
12 TEORÍA DE BETZ Betz formuló la teoría global del motor eólico de eje horizontal, y cuya expresión es: 8 Pmax = ρsv
13 AERODINÁMICA DE LAS TURBINAS 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.
14 EL PERFIL AERODINÁMICO Fuerza resultante R y momento M. SUSTENTACIÓN L = N cosα Asenα L N R ARRASTRE D = Nsenα + Acosα V M c A D
15 ANALISIS DE PERFILES Punta Raíz Perfiles aerodinámicos
16 Viento Relativo Baja Presión Alta velocidad Alta Presión Baja velocidad Sustentación Fuerza Aerodinámica Viento Relativo 90º Cg Arrastre
17 Viento α = Angulo de ataque β = Angulo de asiento φ = Angulo de flujo W α φ U β VT
18 Distribución de presiones Distribución de velocidades r = 0.2m, α = 16º, W = m/s r = m, α = 15.83º, W = 8.69 m/s
19 Distribución de presiones Distribución de velocidades r = 0.275m, α = 15.67º, W = m/s r = 0.35m, α = 15.33º, W = m/s
20 Distribución de presiones Distribución de velocidades r = 0.425m, α = 15º, W = m/s r = 0.5m, α = 14.67º, W = m/s
21 Distribución de presiones Distribución de velocidades r = 0.65m, α = 14º, W = m/s r = 0.8m, α = 13.33º, W = m/s
22 Distribución de presiones Distribución de velocidades r = 1.1m, α = 12º, W = 30.39m/s r = 1.4m, α = 10.7º, W = m/s
23 Distribución de presiones Distribución de velocidades r = 2m, α = 8º, W = m/s
24 SISTEMAS DE UN GRADO DE LIBERTAD Vibraciones Libres Un sistema de vibración simple esta compuesto por una masa m sujeta a un resorte con una constante k k Soporte rígido m x
25 Segunda ley de Newton la ecuación gobernante es: m x = kx Cuando t = 0 con x = x0 la solución es: x = x cos o ( w t) n
26 Donde: w n = k m En general la solución es: x = x o cos ( ) o w t + sin( w t) n x w n n
27 DESARROLLO DE SOFTWARE Criterios tomados: Elección del perfil. Calculo de la longitud del alabe. Calculo de la cuerda. Calculo de los coeficientes de arrastre y sustentación.sustentación.
28 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.
29 DATOS TIMEO V 3.0 Alabe.TXT /GRA,POWER /GRA,POWER /GST,ON /GST,ON /PREP7 /PREP7 K,1, , , K,1, , , K,2, , , K,2, , , K,3, , , K,3, , , K,4, , , K,4, , , K,5, , , K,5, , , K,6, , , K,6, , , ANSYS
30 MODOS DE VIBRACIÓN Freq Freq Freq Freq
31 CONCLUSIONES La 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 comportamiento aerodinámico y modal de la pala. El desarrollo de software nacional es una joven tecnología que esta luchando por tomar su lugar en el desarrollo de tecnología de nuestro país.
32 AGRADECIMIENTOS Los autores del presente queremos hacer público nuestro agradecimiento a la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
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