Thesis: Efecto del Régimen de Flujo en Operación de Turbina Eólica VAWT
| datacite.subject.fos | Engineering and technology::Mechanical engineering::Applied mechanics | |
| dc.contributor.correferente | Salamanca, Eduardo | |
| dc.contributor.department | Departamento de Ingeniería Química y Ambiental | |
| dc.contributor.guia | Cornejo Garcia, Ivan Andres | |
| dc.contributor.patrocinante | Otro | |
| dc.coverage.spatial | Campus Casa Central Valparaíso | |
| dc.creator | Isla Ugalde, Jaime Tomás | |
| dc.date.accessioned | 2025-08-29T20:14:05Z | |
| dc.date.available | 2025-08-29T20:14:05Z | |
| dc.date.issued | 2025-08-01 | |
| dc.description.abstract | La aplicación de turbinas VAWT (turbinas eólicas de eje vertical) de pequeña escala ha sido en las últimas décadas un campo de investigación de interés, ya que por su geometría y versatilidad se posiciona como la tecnología predilecta para operar bajo flujos de vientos urbanos caracterizados por una menor velocidad media (menor a 12 m/s), cambios rápidos de dirección y altas fluctuaciones de velocidad (sobre 10% de intensidad de la turbulencia). La generación eléctrica de baja escala está planificada para ser un aporte y no un sustituto de la red eléctrica central en ciudades, por lo que la velocidad media no resulta un inconveniente, mientras que el alto cambio de dirección del viento, gracias a su geometría vertical, le permite trabajar sin mayores interrupciones. Las conclusiones en torno a la incidencia de la turbulencia en VAWT experimentales, tanto en túneles de viento como en sitios urbanos, son contradictorias debido a la dificultad de lidiar con parámetros de operación frente al comportamiento aleatorio del viento. En este sentido, las simulaciones computacionales (CFD) se posicionan como una opción para complementar los resultados experimentales, tanto de túneles de viento como de operación, ya que los modelos numéricos han sido un pilar fundamental para el estudio aerodinámico de las turbinas, aportando en avances de diseño y de operación. Actualmente los estudios no han tenido como objetivo cuantificar la incidencia de flujos turbulentos, puesto que en su mayoría se basan en dominios 2D con esquemas de flujo RANS, configuración que no tiene la capacidad de cuantificar las fluctuaciones de velocidad al considerar promedios temporales, siendo capaces únicamente de analizar parámetros del rotor con flujos invariantes. Por otro lado, las simulaciones que realizan estudios detallados de fluctuaciones de velocidad se plantean mediante secciones de dominio (2.5D) y esquemas de flujo LES o SAS, cuyo objetivo se centra en el análisis del comportamiento de las estelas generadas por el rotor a velocidades definidas o en la cuantificación de la diferencia de cálculo entre esquemas de flujo sobre coeficientes aerodinámicos. La presente tesis de grado evalúa la incidencia de la turbulencia sobre un rotor en operación, ponderando los efectos de las fluctuaciones en relación con las características inherentes de un flujo turbulento y llevando a cabo una simulación computacional en ANSYS Fluent mediante el acoplamiento de un esquema de flujo LES (large eddy simulation) con un modelo de rotación de la turbina (6DOF). | es |
| dc.description.abstract | The deployment of small-scale Vertical Axis Wind Turbines (VAWTs) has emerged over recent decades as a subject of considerable research interest, since their geometric configuration and operational versatility make them an increasingly recognized technology for harnessing wind energy in urban environments where wind flows are typically characterized by lower average wind speeds (below 12 m/s), rapid directional shifts, and high velocity fluctuations with turbulence intensities exceeding 10%. Small-scale electricity generation is planned to complement rather than replace the central electrical grid in cities, so average wind speed is not a major issue, while the high variability of wind direction, enabled by their vertical geometry, allows these turbines to operate with minimal interruptions, although the effect of turbulence on their performance remains uncertain. Conclusions regarding the impact of turbulence on experimental vertical turbines, whether in wind tunnels or urban environments, have been contradictory due to the difficulty in managing operational parameters against the random behavior of wind. In this context, computational simulations (CFD) have emerged as a complementary tool to experimental results from both wind tunnels and field operations, as numerical models have been a fundamental pillar for the aerodynamic study of turbines, supporting advances in both design and operational efficiency. However, current studies have not focused on quantifying the effects of turbulent flows, since they are mostly based on 2D domains with RANS flow schemes, a configuration that is incapable of capturing velocity fluctuations as it relies on temporal averages and mainly analyzes rotor parameters under invariant flows. Alternatively, simulations that examine detailed velocity fluctuations are conducted using domain sections (2.5D) and LES or SAS flow schemes, aiming either to analyze the behavior of rotor wakes at defined speeds or to quantify differences in aerodynamic coefficients between flow schemes. This thesis evaluates the impact of turbulence on a rotor in operation by considering the effects of fluctuations relative to the inherent characteristics of turbulent flow, through a computational simulation carried out in ANSYS Fluent that couples an LES (large eddy simulation) flow scheme with a turbine rotation model (6DOF). | en_US |
| dc.description.degree | Magíster en Ciencias de la Ingeniería Química | |
| dc.driver | info:eu-repo/semantics/masterThesis | |
| dc.format.extent | 125 páginas. | |
| dc.identifier.doi | 10.71959/s3m2-qh49 | |
| dc.identifier.uri | https://cris.usm.cl/handle/123456789/3973 | |
| dc.identifier.uri | https://doi.org/10.71959/s3m2-qh49 | |
| dc.language.iso | es | |
| dc.publisher | Universidad Técnica Federico Santa María | |
| dc.rights | Attribution-ShareAlike 4.0 International | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ | |
| dc.subject | VAWT | |
| dc.subject | CFD | |
| dc.subject | LES | |
| dc.subject | URANS | |
| dc.subject | 6DOF | |
| dc.subject | DKE | |
| dc.subject.ods | 11 Ciudades y comunidades sostenibles | |
| dc.subject.ods | 12 Producción y consumo responsables | |
| dc.subject.ods | 13 Acción por el clima | |
| dc.subject.ods | 9 Industria, innovación e infraestructura | |
| dc.subject.ods | 7 Energía asequible y no contaminante | |
| dc.title | Efecto del Régimen de Flujo en Operación de Turbina Eólica VAWT | |
| dspace.entity.type | Tesis |
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