PRIMER INFORME DESARROLLO DE PRÁCTICA ACADÉMICA ESPECIAL“ANÁLISIS DEL EFECTO ESTELA EN LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN EL PARQUE EÓLICO JEPÍRACHI” DANIEL ESTEBAN RIVEROS NIETO ALDO GERMÁN BENAVIDES MORÁN DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA FACULTAD DE MINAS UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA MEDELLÍN 2016 .............................. 3 4... 5 5...................................... Modelos de turbulencia y esquemas CFD ....................... 7 7............... Distribución de las turbinas eólicas ........ 9 .............Contenido 2............ El parque eólico Jepírachi ........ Modelo CAD ... 7 6............................................................................. 8 8.......................................................................... 3 3............................................................................................................................................ Referencias ................................................................................... Condiciones de entrada ............. Turbinas Nordex N60/1300KW ............................... Estas generan datos de la velocidad del viento a distintas alturas y en distintas posiciones a lo largo del terreno en el que se encuentra el parque.P. Esta ubicación cuenta con la presencia anual de los vientos alisios provenientes del noreste.[2] El movimiento de rotación se transmite a un eje que se conecta a una caja de 3 velocidades que entrega potencia a un generador eléctrico asíncrono. al norte del país. Esta además proporciona energía eléctrica a la red nacional. velocidad del viento y Tip Speed Ratio (λ) vs. Además cuenta con 3 estaciones de monitoreo: Kasiwolin. Está constituido por 15 turbinas Nordex N60 que acumulan en total 19.5 MW. Este parque está ubicado en un asentamiento Wayuú en el departamento de La Guajira. Parque y Arutkjui.E. Para estás turbinas están determinadas por el proveedor las curvas de coeficiente de potencia (Cp) vs. 3. este fenómeno se conoce generalmente como efecto estela o interferencia.”[1] 2. estando en operación cuando el viento tiene velocidades entre 3 y 25 m/s.1. en la zona tienen una velocidad de aproximadamente 9. con fines de investigación y desarrollo del conocimiento acerca de la producción de energía eólica. velocidad del viento.P. De esta forma es posible determinar la . la distribución de los aerogeneradores es determinada meticulosamente. El efecto estela puede ser relevante cuando el número de turbinas en el parque eólico aumenta.M. los cuales. Definición del efecto estela “La estela formada por las turbinas eólicas a barlovento reduce la producción de energía en la turbinas a sotavento debido a la pérdida de velocidad del viento y el aumento en la intensidad de la turbulencia.8 – 19. El parque eólico Jepírachi El parque eólico Jepírachi es un proyecto piloto de E. velocidad del viento. Para mitigar el efecto de interferencia. distribuidas en 2 filas perpendiculares a la dirección predominante del viento. Este rotor cuenta con tres palas de 29 m de longitud que rotan entre 12.2 RPM. Turbinas Nordex N60/1300KW Las turbinas fabricadas por la empresa alemana Nordex tienen una torre de 60 m y un rotor cuyo diámetro (D) es de 60 m.2 m/s. Estas gráficas permiten conocer la velocidad de rotación y la potencia bruta generada por el rotor en función de la velocidad del viento a la entrada del rotor. reduciendo así la eficiencia de dicho parque. en la fase de diseño. potencia vs. 25 0.45 0.1 0. ?= ? ∗ ? ????????? ????? ?? ???? = ? ????????? ??? ?????? ?? = ? 1 3 2 ??? ?= = (1) ???????? ??? ????? ???????? ?? ?? ?????? (2) 1 ?? (2 ???3 ? 5 ) ?3 0.35 Cp 0. 1.cantidad de energía generada cuando se conoce la velocidad presente en la estela[4].3 0.4 0.05 0 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Wind Speed [m/s] Fig. velocidad del viento. Cp vs. 15 16 17 18 .2 0.15 0. 3. En este parque. 2. la distancia promedio entre la primera y la segunda fila es de 1000 m (~16 D) y entre turbinas de la misma fila 180 .1600 1400 Power [kW] 1200 1000 800 600 400 200 0 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Wind Speed [m/s] Fig. Potencia vs velocidad del viento. [4] 4. Fig. la distancia entre aerogeneradores es relativamente mayor a lo común. Cp vs. λ. Distribución de las turbinas eólicas Dado que el primer objetivo del parque Jepírachi no es el rendimiento económico sino la generación de conocimientos. Distribución de las turbinas eólicas en el parque. No a escala.2 Km de largo. Fig. Parque eólico Jepírachi. Este terreno es predominantemente plano y de tipo desértico. Fig. Modificado de [1] . 5. De esta forma. 4.m (3D). él área ocupada por el parque es de 2 Km de ancho y 1. se realizarán simulaciones comparativas entre dos modelos de turbulencia. incluyendo todos los fenómenos de turbulencia que allí se generan.5.P. También siendo conservativo para evitar problemas de convergencia o costo computacional innecesariamente alto. uso generalizado. Esquemas de discretización preliminares. Esto con el fin de determinar qué modelo simula de forma más real el comportamiento del fluido en el contacto con las aspas del rotor.5% Tabla 1.P. Condiciones de entrada Datos de las condiciones físicas del viento han sido recolectados en el lugar y promediados a lo largo de varios años de operación. Los siguientes valores han sido generados por los fabricantes NORDEX y los propietarios E.16 kg/m3 Temperatura ambiente 298 – 306 K Presión barométrica local del aire 101 MPa Velocidad promedio del aire 9. se selecciona trabajar con el solver FLUENT de ANSYS.2 m/s Intensidad de turbulencia promedio 7. Modelos de turbulencia y esquemas CFD Comparando algunos software enfocados en CFD. Basado en experiencias previas y recomendaciones de literatura se han seleccionado de forma preliminar los siguientes esquemas de discretización teniendo en cuenta que. Para realizar un procedimiento adecuado. calidad de algoritmos y experiencia previa en su uso.E. . el flujo tendrá una componente rotacional y sufrirá cambios fuertes en la zona del rotor. Condiciones promedio de entrada tomadas en campo. [1] 6. [1] Parámetro Valor Densidad local del aire 1. Por un lado el esquema κ-ε RNG y por el otro el modelo recomendado en la literatura para este tipo de sistema: el modelo κ-ω SST. por su interfaz adaptable. Variable Esquema de discretización Acoplamiento velocidad – presión SIMPLEC Gradiente Least Squares Cell Based Presión PRESTO! Momentum SOU κ SOU ω SOU Tabla 2.M. 7. 6. Modelo CAD del rotor. vista lateral (medio). . vista isométrica (abajo). Modelo CAD Fig. Vista frontal (arriba). Este modelo CAD se realizó inicialmente en SOLIDWORKS y posteriormente se exportó al software CAD: Design Modeler incluido en el Workbench de ANSYS. pp. pero con perfil aerodinámico simplificado. 1-8). 48-52.com/fileadmin/MEDIA/Produktinfos/EN/Nordex_N60_EN.. R. Rodriguez. Referencias [1] Pinilla. Wind energy explained. Esta disimilitud será significante en los resultados finales y se espera reconocer hasta qué punto afectará el porcentaje de error. Performance evaluation of Jepirachi Wind Park. J. A. McGowan. J. Esto con la intención de evitar un proceso de mallado complejo y que demande más tiempo del asignado para el proyecto.. & Trujillo. [2] Product technical data N60 (1st ed. (2002).Renewable Energy.. Rostock. Retrieved from http://www. .Como una primera aproximación se realiza un rotor con iguales dimensiones globales al original.nordexonline.pdf [3] Manwell. L. (2009). 34(1)... & Rogers. Chichester: Wiley. A. 8.