pfc marc berenguer

40
ANÀLISI MITJANÇANT MECÀNICA DE FLUIDS COMPUTACIONAL D’UN AEROGENERADOR MINIEÒLIC Marc Berenguer Vilamitjana Enginyeria industrial (Pla 2002). Setembre 2014

Upload: marc-berenguer-vilamitjana

Post on 20-Jul-2015

41 views

Category:

Engineering


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: PFC Marc Berenguer

ANÀLISI MITJANÇANT MECÀNICA DE FLUIDS COMPUTACIONAL D’UN

AEROGENERADOR MINIEÒLIC

Marc Berenguer Vilamitjana

Enginyeria industrial (Pla 2002). Setembre 2014

Page 2: PFC Marc Berenguer

ÍNDEX DE LA PRESENTACIÓ• Introducció

• Metodologia aplicada

• Resultats

• Conclusions

• Torn de preguntes

Page 3: PFC Marc Berenguer

INTRODUCCIÓ

Page 4: PFC Marc Berenguer

INTRODUCCIÓ

• Inicis energia eòlica

• Situació actual

• Air-X

(Font: Wikimedia Commons)

Page 5: PFC Marc Berenguer

(Font: Wikimedia Commons)

• Inicis energia eòlica

• Situació actual

• Air-X

INTRODUCCIÓ

Page 6: PFC Marc Berenguer

(Font: Wikimedia Commons)

• Inicis energia eòlica

• Situació actual

• Air-X

INTRODUCCIÓ

Page 7: PFC Marc Berenguer

(Font: Wikimedia Commons)

• Inicis energia eòlica

• Situació actual

• Air-X

INTRODUCCIÓ

Page 8: PFC Marc Berenguer

Una turbina eòlica només pot convertir en energia mecànica el 59,26% de

l’energia cinètica del vent que incideix sobre ella.

Llei de Betz

• Inicis energia eòlica

• Situació actual

• Air-X

INTRODUCCIÓ

Page 9: PFC Marc Berenguer

(Font: Isaac Braña)

• Inicis energia eòlica

• Situació actual

• Air-X

INTRODUCCIÓ

Page 10: PFC Marc Berenguer

(Font: Wikimedia Commons)

INTRODUCCIÓ

• Inicis energia eòlica

• Situació actual

• Air-X

Page 11: PFC Marc Berenguer

(Font: El Periódico)

INTRODUCCIÓ

• Inicis energia eòlica

• Situació actual

• Air-X

Page 12: PFC Marc Berenguer

• Inicis energia eòlica

• Situació actual

• Air-X

INTRODUCCIÓComportament

cinemàtic

Comportamentmecànic

Comportamentaerodinàmic

Recursoseòlics

Page 13: PFC Marc Berenguer

• Inicis energia eòlica

• Situació actual

• Air-X

INTRODUCCIÓ

Page 14: PFC Marc Berenguer

INTRODUCCIÓ

• Inicis energia eòlica

• Situació actual

• Air-X

Page 15: PFC Marc Berenguer

• Fabricat per Technosun

• Perfil pala tipus SD2030

• 6 kg i 0,582m de radi

• T.S.R. de 8,8

• 545W de potència

• Baix manteniment: 2 parts mòbils

• Corba de potència coneguda

INTRODUCCIÓ

Page 16: PFC Marc Berenguer

Air-X & Air-X marine Controladores de carga, der

Diámetro rotor 1.14 metros (46”) Peso 6 Kg. (13 lb) Velocidad de arranque 3 metros /seg (7 millas por hora) Voltaje 12 y 24 VDC

(36/48 VDC pronto disponible) Corriente pico 400 vatios @ 12.5 m /seg. (28 m /h) Mejorando la carga de la batería

x� El controlador de carga del Air-X detiene periódicamente la carga, lee el voltaje de la batería, lo compara con el voltaje predispuesto y si la batería está cargada, desconecta o interrumpe cualquier corriente que vaya a la batería de forma automática en tan solo unos milisegundos. Asegurándose que esté siempre cargada. Prolongando la vida de la batería e impidiendo sobrecargas.

Conformidad UL según los estándares UL 1741 - 1999 y CSA 22.2 Nº 107.1-95, cumple la normativa CE

www.technosun.com

Esquemas técnicos

Especificaciones generales

www.technosun.com

INTRODUCCIÓ

• Fabricat per Technosun

• Perfil pala tipus SD2030

• 6 kg i 0,582m de radi

• T.S.R. de 8,8

• 545W de potència

• Baix manteniment: 2 parts mòbils

• Corba de potència coneguda

Page 17: PFC Marc Berenguer

METODOLOGIA APLICADA

Page 18: PFC Marc Berenguer

ESTIMACIÓ DE LES VELOCITATS DEL VENT

• Velocitat d’arrencada típicament 3 o 4 m/s

• Grans aerogeneradors fins a 25 o 30 m/s

• Minieòlics fins al voltant de 15 m/s

Page 19: PFC Marc Berenguer

ESCOLLIR PARÀMETRE λ

• També anomenat T.S.R.

• Relaciona la velocitat de la punta de la pala amb la velocitat del vent que hi incideix.

Nombre pales λ

8 a 24 1

6 a 12 2

3 a 6 3

2 a 4 4

3, rarament 2 o 1 5 o més

Page 20: PFC Marc Berenguer

CALCULAR REVOLUCIONS TEÒRIQUES DE GIR

• Serviran com a referència per escollir un interval de simulació.

• .

Velocitat vent (m/s) Velocitat gir (RPM)4 328,25 410,26 492,27 574,38 656,39 738,310 820,411 902,412 984,513 1066,514 1148,5

CAPÍTOL 3. DESCRIPCIÓ DE LA METODOLOGIA 25

el valor de Lambda podria estar entre tres i cinc. No obstant, al indicarespecíficament tres pales en el valor cinc, aquest és que s’agafarà inicialment.

3.3 Càlcul de les velocitats de gir teòriques

La definició del paràmetre � que s’acaba d’escollir és:

vpunta = � · vvent (3.1)

sabent que la velocitat de la punta de la pala està directament relacionadaamb la de rotació:

! ·R = � · vvent (3.2)

cal passar la velocitat angular a radiants per segon:

! · 2 · ⇡60

·R = � · vvent (3.3)

i finalment aïllant la velocitat angular i simplificant:

! =30 · �⇡ ·R · vvent (3.4)

Amb aquesta fórmula es pot calcular la velocitat de rotació teòrica del’aerogenerador. No coincidirà amb la que es produirà en la pràctica, peròserveix com a valor de referència per iniciar les simulacions.

Els valors que s’obtenen es poden veure a la taula 3.2.

3.4 Càlcul dels límits de potència teòrics

Per últim, abans de començar a fer les simulacions es calcularan alguns límitsteòrics de la potència màxima que es podria extreure de l’aerogenerador perpoder tenir algunes referències de la validesa dels resultats durant els càlculs.

Primerament es calcularà la potència màxima que es podria obtenir se-gons Betz. Aquest càlcul ens dona la potència màxima que podríem generar

Page 21: PFC Marc Berenguer

CALCULAR LÍMITS DE POTÈNCIA TEÒRICS

• Límit de Betz: 8/27· ⍴· s· V3

• Límit per aerogeneradors ràpids: 0,2· D2· V3

Page 22: PFC Marc Berenguer

DIBUIXAR GEOMETRIA• Dibuixar l’eix.

• Dibuixar la pala situant els perfils segons altura, corda i angle.

• Fer l’unió de l’eix amb la pala.

• Situar les altres pales.

• Dibuixar el conducte per l’aire.

Page 23: PFC Marc Berenguer

FER EL MALLAT

• Més fi a la part central.

• 2 refinaments.

• 510.668 nodes i 2.644.495 elements.

Page 24: PFC Marc Berenguer

DEFINIR CONDICIONS DE SIMULACIÓ

• Situar l’entrada i sortida de vent.

• Escollir comportament de les parets.

• Indicar la velocitat a que giren les pales.

• Rugositat de 0,0015mm.

• Seleccionar simulació de tipus transitori.

• Escollir el timestep.

Page 25: PFC Marc Berenguer

SIMULACIONS

• 8 velocitats del vent: 4, 6, 8, 9, 10, 11, 12 i 14 m/s.

• Intervals de 50rpm entre simulacions.

• 83 simulacions (+ de 1000 hores de simulació).

Page 26: PFC Marc Berenguer

RESULTATS

Page 27: PFC Marc Berenguer

Pressions a la palaPressions relatives negatives al darrera.

Les pressions més altes es troben al cantell d’atac.

Revers Anvers

Page 28: PFC Marc Berenguer

Pressions al voltant de la palaLes pressions al voltant es corresponen amb les típiques

en aerogeneradors.

Page 29: PFC Marc Berenguer

Velocitat d’entrada a l’aerogeneradorLa velocitat d’entrada del vent és correcte.

Page 30: PFC Marc Berenguer

Potència per a V=8m/sNo s’aprecia un màxim.2 pendents diferenciats.

Page 31: PFC Marc Berenguer

Potències de les simulacionsS’aprecia un acotat superior.

Amb els trams de pendent més alt es busca una corba de regressió.

Page 32: PFC Marc Berenguer

Corba de regressióEquació similar a les potències teòriques.

Page 33: PFC Marc Berenguer

Validesa corba de regressióEs manté per sota els límits teòrics.

A altes velocitats no és vàlida perquè no hi havia dades.

Page 34: PFC Marc Berenguer

Potències amb la regressióEs veu la separació de cada velocitat al canviar de pendent.Amb aquest punts de separació es traça la corba teòrica.

Page 35: PFC Marc Berenguer

Corba de potència teòricaComportament esperat.

Page 36: PFC Marc Berenguer

Potències teòriques i realsReals bastant per sota de les teòriques.

La real negra i verda per baixa i alta turbulència respectivament.

Page 37: PFC Marc Berenguer

Comparativa potènciesLa teòrica és equivalent amb la de baixes turbulències.

Page 38: PFC Marc Berenguer

CONCLUSIONS

Page 39: PFC Marc Berenguer

• Ha sigut possible crear una metodologia.

• S’han complert les especificacions amb la potència de càlcul disponible.

• Les simulacions en 3D permeten detectar el despreniment de capa.

• La corba teòrica coincideix amb la real.

• El mètode no troba una velocitat màxima.

Page 40: PFC Marc Berenguer

TORN PREGUNTES