Desempeño de turbinas eólicas de eje horizontal con dispositivos de control de flujo en condiciones de turbulencia

Como continuación del proyecto VIE “Optimización de un perfil aerodinámico de una turbina eólica
de eje horizontal para aplicaciones de pequeña escala en zonas boscosas” desarrollado entre 2018
y 2021, se propone desarrollar y evaluar un rotor de turbina eólica empleando dispositivos de
control de flujo.
El objetivo es continuar en la línea de investigación que apunta a la construcción de un prototipo
de turbina eólica de eje horizontal para zonas de bajo potencial eólico y alta turbulencia,
considerando que este tipo de máquina no existe en el mercado y es escasa la literatura al
respecto. Este prototipo pretende beneficiar a regiones rurales, núcleos urbanos ubicados en zonas
montañosas; será una alternativa de generación eléctrica en viviendas en regiones donde la alta
nubosidad o la lejanía a ríos, impide que el uso adecuado de otras tecnologías como paneles
solares o generadores hidroeléctricos. Esta turbina pretende ser también una alternativa de
generación en sitio, para unidades habitacionales que estén conectadas a la red eléctrica nacional,
lo que permitirá reducir su factura energética.
La primera etapa consiste en probar experimentalmente, en un túnel de viento, la respuesta en
fuerzas de sustentación y arrastre del perfil aerodinámico SG6043, al monitorear una combinación
de dispositivos de control de flujo, en condiciones de flujo turbulento. Los perfiles aerodinámicos
serán fabricados mediante técnicas de manufactura aditiva principalmente FFF (Fused Filament
Fabrication) (alma de los perfiles), fibra de vidrio y madera mediante mecanizado CNC. Producto
del proyecto anterior, ya se cuenta con un túnel de viento en el Laboratorio de Investigación en
Energía Eólica del TEC (LIENE), además, está como respaldo el túnel de la Universidad de Costa
Rica.
La segunda etapa se trata de la manufactura y prueba de un rotor, cuyas aspas serán diseñadas
aplicando los resultados de la primera etapa. El rotor será colocado como reemplazo del existente
de una turbina eólica comercial, con la cual ya se cuenta, producto del proyecto anterior. De este
modo se evaluará el desempeño aerodinámico del rotor y será comparado con el desempeño de
un rotor comercial. Las pruebas de la segunda etapa serán llevadas a cabo en el túnel de viento
de la Universidad de Costa Rica, debido a que las dimensiones del túnel de viento del TEC no
permiten realizar en él esas pruebas.Los principales productos que se espera obtener con esta investigación son las curvas de
desempeño aerodinámico del perfil SG6043, de acuerdo con el diseño experimental factorial de
niveles mixtos que se llevará a cabo. También la curva de desempeño del rotor manufacturado con
el perfil SG6043 y los dispositivos de flujo correspondientes Entendiendo el desempeño como las
curvas de fuerzas de sustentación y arrastre en función del ángulo de ataque; La curva de
desempeño se entiende como la potencia en función de la velocidad del viento incidente.
Este proyecto se enmarca en los objetivos de desarrollo sostenible de las Naciones Unidas,
particularmente el número 7: Energía asequible y no contaminante. También está en el eje de
conocimiento estratégico del TEC denominado Energía.

Determinar el efecto de los dispositivos de control de flujo en el desempeño de
una turbina eólica de eje horizontal, en condiciones de flujo turbulento.

En Ingeniería Electromecánica: Energías renovables y no convencionales. En la
Escuela de física: Física experimental y Física aplicada. En la Escuela de
Mecatrónica: Energía