Título: Estudio de viento en el Reparto Escambray de la ciudad de Santa Clara mediante métodos CFD.

Transcripción

1 Título: Estudio de viento en el Reparto Escambray de la ciudad de Santa Clara mediante métodos CFD. Autor: Ing. Javier Cabeza Ferreira Coautor: Dr.C. Ernesto Yoel Fariñas Wong

2 Microrredes con renovables 1 2

3 Pequeños turbinas eólicas integradas a entornos urbanos Fuente: Technical Report, NREL/TP , November

4 Barreras en la industria SWT - Seguridad de las tecnologías disponibles. - Tecnologías con elevados rendimientos aerodinámicos. - Edificaciones con baja disponibilidad estructural. - Estimación del recurso eólico. - Obstáculos no técnicos. 3

5 Métodos de estimación de recurso eólico. - Método MPC (medidas, correlación y predicción). - Túnel de viento. - Método Analítico - Softwares CFD ( UrbanWind, OpenFoam, Ansys, otros) 4 5

6 Zona de estudio Dirección del viento Reparto Escambray Fuente: googlemap 5 6

7 Modelo geométrico 6 7

8 Generación de la Malla. Estructurada vs No-estructurada Generación semiautomática. Multibloques Alineación de contornos Mayor precisión. Menos memoria. Menos tiempo de calculo. Generación automática. Geometrías complejas. Adaptabilidad. Menos precisión. Mas memoria. Mas tiempo de cálculo. Fuente: ANSYS CFX-Solver Modelling Guide Release 12.1, 2009 ANSYS, Inc. 7 8

9 Dominio discretizado Fig. a) Fig. b) 8

10 Parámetros de entrada Densidad del aire 1,118 Kg/m 3 Temperatura del aire 27 C Velocidad media de viento 4,5 m/s a 10 m de altura Rugosidad superficial (Z 0 ) 1,5 m Rumbo del viento noreste Tipo de análisis - estático Modelo de turbulencia: K-ε (Re-Normalización de Grupo) Definición de superficies libres del dominio (caras de entradas y salida del fluido y caras con restricción de paso de flujo. 9 10

11 Contornos de velocidad en plano vertical 10 11

12 Zoom de la zona de entrada del viento al entorno construido 11 12

13 Contorno de velocidad en plano horizontal 12 13

14 Análisis de las turbulencias 13 14

15 Energía cinética turbulenta 14 15

16 Vectores de velocidad del viento

17 Líneas de corrientes del viento 16

18 Conclusiones Se seleccionó el modelo de turbulencia k-épsilon, de Re-Normalización del Grupo K-ε (RNG-k-ε), incluye funciones de amortiguamiento que facilitan la aproximación a bajos números de Reynolds, mejora la predicción de flujos con rotación y la obtención de mejores resultados en casos de separación de flujo. Se toma el valor medio de 1,5 metros de rugosidad superficial, por tener características de centro de ciudades y suburbios, ya que la geometría presenta una organización irregular, la densidad constructiva es alta y la variabilidad en alturas de las edificaciones es baja. La intensidad de la turbulencia es relativamente baja, provocada por la velocidad media del viento de 4,5 m/s, variando su perturbación con la altura y disminuyendo a partir de cinco a ocho metros por encima de las cubiertas de las edificaciones. Los vectores de velocidad muestran un comportamiento desorganizado cambiando sus direcciones constantemente debido a la interacción de las edificaciones con el viento, su ángulo de inclinación respecto al plano horizontal varia con la altura, desde 20 grados próximos a las edificaciones hasta régimen estable (horizontal, cero grados) por encima de los ocho metros

19 Recomendaciones Instalar en las zonas torres anemométricas sónicas que permitan establecer los modelos reales de comportamiento del viento (índices de turbulencias para cada región, velocidades de vientos en los tres ejes de coodenadas, vorticidad y líneas de corrientes), estableciendo la desviación estándar de los resultados obtenidos mediante el software CFD. Realizar este tipo de estudio en otras regiones de Santa Clara y luego extenderlo hacia toda la provincia e incluso en toda la geografía cubana, con el objetivo de buscar ubicaciones para la instalación de pequeñas turbinas eólicas (SWT). Elaborar una guía de instalación para aerogeneradores urbanos basados en los resultados obtenidos para cada geometría y que sea capaz de relacionar las tecnologías disponibles con los modelos de vientos obtenidos

20 Muchas gracias Ing. Javier Cabeza Ferreira s: Facultad de Ingeniería Mecánica. Centro de Estudios Energéticos y Tecnologías Ambientales (CEETA) 19