Simulación numérica de la dinámica de aerogeneradores de eje horizontal.

Abstract

La generación de energía renovable ha experimentado un crecimiento sostenido en las últimas décadas debido, entre otros factores, a la volatilidad de los precios de combustibles fósiles y la creciente preocupación por el cambio climático. La generación de energía eólica, particularmente en el sector de aerogeneradores de eje horizontal (HAWT), ha mostrado un desarrollo significativo, pasando de sistemas de 50 kW de capacidad de producción en los 80s a sistemas terrestres de 2.0-4.5 MW y marinos de 9.5-15 MW en la actualidad. A pesar de estos avances, el 87 % de las fallas estructurales en aerogeneradores se deben a vientos de alta intensidad que superan los límites de diseño, existiendo casos de fallas con vientos más bajos. La complejidad de estos sistemas impulsa la necesidad de contar con herramientas que estimen la vida útil de sus componentes clave. Este estudio se enfoca en desarrollar un modelo aeroelástico para evaluar el rendimiento y confiabilidad de los aerogeneradores. Utilizando la librería de código abierto ONSAS para el desarrollo del modelado estructural y el método Blade Element Momentum (BEM) para modelar la acción del viento, se aplica una estrategia de acople débil para reproducir el comportamiento aeroelástico de estos sistemas. Se plantea un proceso escalonado de validación, en el cual problemas de distinto grado de complejidad son resueltos de forma progresiva. De esta forma, se logra analizar al final del trabajo la respuesta dinámica del Aerogenerador de Referencia NREL de 5 MW. Este enfoque integral permite determinar la dinámica estructural de aerogeneradores en respuesta a cargas de viento no estacionarias, contribuyendo al entendimiento y optimización del diseño de estos sistemas.