Diseño de un aerogenerador de flujo embebido para entorno urbano.

Abstract

La presente investigación busca analizar el desempeño y viabilidad de diversas tecnologías de envolventes, con la finalidad de proponer un modelo de aerogenerador específicamente para entornos urbanos. En los siguientes capítulos se abordarán todos los estudios llevados a cabo. Estos se organizan según el tipo de estudio realizado y, a su vez, se subdividen por cada variante de envolvente considerada. Se comienza con el análisis inicial de las envolventes, clasificándolas según sus modos de funcionamiento. En cada categoría, se profundiza en el principio de operación, se revisan investigaciones previas de diversos autores y se tiene una representación gráfica ilustrativa de las mismas. En el segundo capítulo, se profundiza en las herramientas fundamentales utilizadas para la investigación. Éstas son numéricas y experimentales. Inicialmente, se dedica una sección completa al túnel de viento, ofreciendo una descripción detallada de sus dimensiones y datos más relevantes, así como una revisión de cada tipo de ensayo llevado a cabo en esta instalación. A continuación, se aborda la simulación numérica en caffa3d.MBRi. Se presenta una introducción exhaustiva a esta herramienta, explorando su funcionamiento, historia y aplicaciones, para culminar con su papel en el proyecto. En tercer y último lugar está el banco de ensayos de la azotea del Instituto de Mecánica de los Fluidos e Ingeniería Ambiental (IMFIA) - FING - Udelar. Ésta permite relevar datos reales para analizar la interacción viento-edificio, con especial atención a la zona de la cornisa. Se describe el método empleado en la recolección y procesamiento de datos. Luego, se detallan los estudios llevados a cabo para cada variante de envolvente, con observaciones, comparaciones y conclusiones respecto a su desempeño. Además, se incluyen lineamientos sobre su viabilidad práctica, en términos constructivos y económicos. Con la información recopilada, se formulan hipótesis de funcionamiento y se propone un modelo. Esto conduce al re-diseño del rotor para la envolvente propuesta, considerando una distribución de viento acorde a velocidades típicas en entornos urbanos. En la fase final de este análisis, se realiza un estudio mecánico del rotor, cumpliendo con las normativas pertinentes, se verifican los principales modos de vibración de la estructura para la operación, y se genera una representación del modelo utilizando el software Inventor. A lo largo del documento, se sugieren investigaciones futuras dirigidas a profundizar en aspectos geométricos de las envolventes, abordando tanto cuestiones de proporciones como la incorporación de perfiles aerodinámicos. Además, se plantea la necesidad de explorar los puntos de funcionamiento óptimos considerando el acople del rotor y el generador eléctrico. En todos estos casos, se destaca la necesidad de realizar ensayos específicos en el túnel de viento. En la sección 3.4 se encuentra una tabla resumen que organiza los casos de estudio, agrupándolos según su geometría de envolvente. Esta tabla proporciona detalles sobre los estudios llevados a cabo para cada uno de ellos.