Investigación numérica sobre el uso de álabes multielemento en turbina hidrocinética de eje horizontal

Abstract

Resumen En este trabajo se presenta el dimensionamiento de los álabes de una turbina hidrocinética de 1 kW con 3 álabes con perfiles hidrodinámicos multielemento. Para ello, se implementó la teoría de Elemento de Álabe (BEM, por sus siglas en inglés). Se utilizó el perfil hidrodinámico Eppler 420 y se diseñó la turbina a partir de una velocidad de la corriente de agua de 1,5 m/s, con una relación de velocidad de punta de álabe (í µí¼†) de 6,325, un ángulo de paso de la sección del álabe (í µí¼ƒ) de 0°, un coeficiente de potencia de 0,4382 y una eficiencia mecánica del 70%. Para el diseño del álabe, se eligió el perfil Eppler 420 multielemento, por presentar una elevada relación entre el coeficiente de elevación y arrastre. Se llevó a cabo un estudio de computación 2D en el código JavaFoil del perfil Eppler 420, con el fin de determinar la longitud de las cuerdas del elemento principal y de la solapa posterior (flap) óptima para un ángulo de deflexión del flap de 30° en condiciones de un bajo número de Reynolds. Palabras clave: álabe multielemento; turbina hidrocinética de eje horizontal; análisis hidrodinámico; longitud de cuerda; Javafoil. Abstract This paper presents the sizing of the blades of a 1 kW hydrokinetic turbine with 3 blades with hydrodynamic multi-element profiles using the Blade Element Momentum theory (BEM). The hydrodynamic profile used was the Eppler 420. The turbine was designed from a water flow velocity of 1.5 m/s with a tip speed ratio of the blade (λ) of 6.325, a pitch angle of the blade section (θ) of 0°, a power coefficient of 0.4382 and a mechanical efficiency of 70%. The Eppler 420 multi-element profile was selected for the design of the blade because it has a high ratio between the lift coefficient and the drag. A 2D computation study in the JavaFoil code of the Eppler 420 profile was carried out in order to determine the optimal lengths of the main element and the optimal flap for a deflection angle of 30° under conditions of a low Reynolds number.