Sistema inalámbrico de adquisición de datos implementado en túnel de viento para la caracterización aerodinámica de turbinas eólicas
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2022-07-27
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Descripción
En la actualidad cada vez es mayor el uso de las energías renovables debido al aumento de interés por cuidar el medio ambiente. El afán por tener energía más limpia a bajo costo da lugar a tecnologías sostenibles capaces de aprovechar los recursos naturales renovables, entre estas destacan la solar fotovoltaica, solar térmica y eólica. Y es que tanto en las fuentes de energía eólicas como la solar fotovoltaica se ha notado una reducción en los costos en estos últimos años, esto ha conducido a que cada vez más se implementen las energías renovables, a tal punto, que actualmente las energías renovables tienen una participación del 27 % a nivel mundial. Adicionalmente, las fuentes de energía eólicas y solares fotovoltaicos representan más del 7 % en la generación de electricidad. En Colombia se ha visto un aumento en el interés por su uso, considerándose como uno de los motores de desarrollo al optar por las energías renovables se puede evidenciar en el PIB donde representaron el 9,7 % en el periodo del 2006-2009 y un 11,2 % en el periodo de 2010-2013. Ahora, la meta en el país es aprovechar al máximo las fuentes de energía sostenibles renovables, cubrir más zonas y optimizar los servicios públicos domiciliaros eléctricos. Lo anterior con el fin de mejorar la calidad de vida de las personas, especialmente de las que viven en regiones alejadas. En Colombia según la Unidad de Planeación Minero-Energética (Upme) el potencial de generación eólica en la Guajira es próximo a los 15.000 MW de capacidad instalable. Por lo tanto, se pretende aumentar en la matriz energética la participación de las energías renovables no convencionales, al querer pasar del 1 % a más de 12 % y así saltar de 50 MW a 2.400 MW, es por esto por lo que en Colombia se proyecta la construcción de más de 50 parques eólicos que tendrían una capacidad de 6.862 MW. Si bien existe una gran cantidad de energía eólica aprovechable, existen proyectos donde los diseños de turbinas incorporan generadores de vórtice en la superficie de las aspas, buscando así aumentar la producción de energía al incrementar la velocidad de rotación. Para los diseños que propone el uso de generadores de vórtice se evidencia la necesidad de hacer pruebas mediante túneles de viento, para caracterizar el comportamiento aerodinámico de las turbinas e identificar las mejoras que se presentan, propuesto en el proyecto de investigación financiado por el CIDC “Desarrollo de generadores de vórtice activos bio-inspirados para rotores eólicos en zonas rurales de Cundinamarca mediante CFD", en la cual se estudia la implementación de los generadores de vórtice para aumentar la eficiencia aerodinámica de las turbinas eólicas, para lo anterior se plantea evaluar el comportamiento aerodinámico con simulaciones por medio de CFD. Al recurrir a las simulaciones CFD para la caracterización de las turbinas, se requieren pruebas físicas que validen los datos con los cuales se va a realizar el estudio de los diseños. Las pruebas de las turbinas, se realizan introduciendo la turbina dentro de un túnel de viento para caracterizar el comportamiento aerodinámico de la turbina. Para esto, se requiere de un sistema de adquisición de datos inalámbrico que se pueda instalar dentro del túnel de viento. Con el fin de capturar los datos y así validar las simulaciones. Por esta razón, surge la necesidad de implementar un sistema de medición con alta precisión, fidelidad, resolución y frecuencia de muestreo, capaz de transferir los datos adquiridos vía inalámbrica, y acceder a los mismos de manera remota. Se propone el desarrollo de un sistema embebido inalámbrico de adquisición de datos, para la monitorización aerodinámica de una turbina eólica en tiempo real, con el fin de apoyar diseños que se enfoque en aprovechar al máximo el recurso renovable del viento. Este proyecto en modalidad de investigación se realiza con el grupo de investigación GITUD.
Resumen
Nowadays, the use of renewable energies is increasing due to the growing interest in caring for the environment. The eagerness to have cleaner energy at low cost has given rise to sustainable technologies capable of taking advantage of renewable natural resources, among which solar photovoltaic, solar thermal and wind power stand out. Both wind and solar photovoltaic energy sources have seen a reduction in costs in recent years, which has led to an increasing implementation of renewable energies, to such an extent that renewable energies currently have a 27% share worldwide. Additionally, wind and solar photovoltaic energy sources represent more than 7% of electricity generation. In Colombia there has been an increase in interest in their use, being considered as one of the engines of development by opting for renewable energies can be seen in the GDP where they represented 9.7% in the period 2006-2009 and 11.2% in the period 2010-2013. Now, the goal in the country is to make the most of sustainable renewable energy sources, cover more areas and optimize the electric home utilities. The above in order to improve the quality of life of people, especially those living in remote regions. In Colombia, according to the Mining and Energy Planning Unit (Upme), the wind generation potential in Guajira is close to 15,000 MW of installable capacity. Therefore, it is intended to increase the participation of non-conventional renewable energies in the energy matrix, going from 1% to more than 12% and thus jumping from 50 MW to 2,400 MW, which is why Colombia is planning the construction of more than 50 wind farms that would have a capacity of 6,862 MW. Although there is a large amount of usable wind energy, there are projects where the turbine designs incorporate vortex generators on the surface of the blades, thus seeking to increase energy production by increasing the rotational speed. For the designs that propose the use of vortex generators, there is a need for wind tunnel tests to characterize the aerodynamic behavior of the turbines and identify improvements, This is proposed in the research project financed by the CIDC "Development of bio-inspired active vortex generators for wind rotors in rural areas of Cundinamarca through CFD", in which the implementation of vortex generators is studied to increase the aerodynamic efficiency of wind turbines, for which it is proposed to evaluate the aerodynamic behavior with CFD simulations. When resorting to CFD simulations for the characterization of the turbines, physical tests are required to validate the data with which the study of the designs will be carried out. Turbine tests are performed by introducing the turbine into a wind tunnel to characterize the aerodynamic behavior of the turbine. This requires a wireless data acquisition system that can be installed inside the wind tunnel. In order to capture the data and thus validate the simulations. For this reason, the need arises to implement a measurement system with high accuracy, fidelity, resolution and sampling frequency, capable of transferring the acquired data via wireless, and accessing them remotely. The development of a wireless embedded data acquisition system is proposed for the aerodynamic monitoring of a wind turbine in real time, in order to support designs that focus on making the most of the renewable resource of wind. This research project is carried out with the research group GITUD.
Palabras clave
Aerodinámica, Acelerómetro, Bluetooth, Energía eólica, Túnel de viento, Anemómetro de hilo caliente
Materias
Ingeniería Electrónica -- Tesis y disertaciones académicas, Energía limpia, Turbinas eólicas, Energías renovables, Energía eólica -- Colombia