Estudio experimental de una turbina de viento sin aspas bio-inspirada en cactus columnares
Resumen
En esta investigación se presenta el estudio aerodinámico de un prototipo escalado de una turbina de viento sin aspas con un mástil bio-inspirado en los cactus columnares. Se estudiaron las vibraciones inducidas por vórtices (VIV) mediante el valor eficaz RMS de las micro-deformaciones registradas en una celda de carga. Se evaluaron las geometrías de cactus columnares de 5, 6 y 7 costillas y se compararon con un mástil cilíndrico de referencia. La manufactura y ensamble de los prototipos se realizaron mediante un control estricto para asegurar que las diferencias en los desempeños aerodinámicos se debieran únicamente a factores aerodinámicos y no estructurales. Para corroborar esto, se midieron las frecuencias naturales de todos los prototipos con una diferencia menor al 2%. Los resultados mostraron que todas las geometrías de cactus presentan mayores VIV que el mástil cilíndrico, lo que significa un mejor desempeño, por ejemplo; para una velocidad de viento de prueba de 6 m/s, el cactus de 5 costillas presentó hasta 3 veces más VIV mientras que el cactus de 6 costillas 2 veces más y el cactus de 7 costillas 2.5 veces más. Se realizó un análisis estadístico de los datos experimentales mediante el coeficiente de variación (CV) y un ajuste matemático con resultados aceptables. Este estudio demuestra que la implementación de un mástil bio-inspirado mejora el desempeño aerodinámico de este tipo de turbinas, al tratarse de geometrías con generadores de vórtices que promueven las VIV y mejoran la sincronización del desprendimiento de vórtices.
