Desarrollo y aplicación de procedimientos experimentales para el ensayo en túnel de viento de modelos a escala de turbinas eólicas de eje vertical (VAWT)

Resumo

Tras un comienzo pausado y falto de seguimiento, la transición energética se sitúa hoy en un primer plano, siendo sus principales metas la minimización del uso de los combustibles fósiles, alcanzar un escenario de cero emisiones netas y disponer de un suministro de energía resiliente, independiente y seguro. Dentro de las acciones que se están llevando a cabo, centradas en el despliegue de energías renovables, la eólica supone un componente fundamental, siendo su principal tecnología las turbinas eólicas de eje horizontal (HAWT). Sin embargo, los desafíos actuales en este campo (despliegues en entornos offshore de aguas profundas y turbinas de gran capacidad superando los 10MW), así como las mejoras de la red eléctrica (digitalización, sistemas de almacenamiento, etc.) y las últimas tendencias de arquitectura sostenible, autoconsumo y smart-cities, abren la puerta a tecnologías alternativas como las turbinas eólicas de eje vertical (VAWT). Estas turbinas, y especialmente las VAWT de sustentación con palas rectas (H-rotor) cuentan con características muy ventajosas para este contexto, pero todavía se encuentran en desarrollo y existe una evidente falta de proyectos a escala real. Para alcanzar un estado de desarrollo que permita el despliegue comercial los ensayos experimentales en túnel de viento son una herramienta imprescindible. Sin embargo, trabajar con prototipos a pequeña escala de VAWT es especialmente difícil, debido principalmente a la reducción de un par que es ya de por sí variable. En cambio, los costes e infraestructura necesaria para trabajar con prototipos de mayor tamaño se disparan, limitando enormemente la investigación en este campo. Por ello, el desarrollo de metodología y equipamiento que permitan el estudio de estas turbinas mediante ensayos experimentales a escala en túnel de viento resulta considerablemente interesante y es el objetivo principal de esta tesis. Aunque se trata de una tesis por compendio de publicaciones, existe una clara línea conductora, que liga las tres publicaciones presentadas, así como el resto de la tesis y las ponencias de congreso y trabajos en curso presentados en los anexos. En primer lugar, se ha expuesto el trabajo realizado sobre prestaciones de perfiles típicos de VAWT, centrado en la evaluación y aplicación de un diseño novedoso de balanza aerodinámica para el ensayo experimental de perfiles en túnel de viento. A continuación, se ha presentado el trabajo sobre el desarrollo y aplicación de una metodología innovadora para la caracterización de prestaciones de prototipos de VAWT a pequeña escala en túnel de viento, utilizando un enfoque mecánico. Finalmente, se ha presentado el trabajo sobre determinación de prestaciones de VAWT en túnel de viento a partir de medidas aerodinámicas, mediante la aplicación de la teoría de Volúmenes de Control (VC). Adicionalmente, se han incluido 3 comunicaciones en Congresos relacionadas con la tesis y se ha hecho una breve mención de los trabajos en curso dentro de la línea de investigación actual. A través de los trabajos presentados, se han cumplido los objetivos de la investigación, proveyendo las herramientas necesarias para realizar ambiciosas investigaciones experimentales en este campo. Asimismo, se ha afianzado la actual línea de investigación, justificando la financiación anterior y consiguiendo nueva financiación, ambas vinculadas a proyectos de Plan Nacional. Además, los trabajos realizados han alcanzado un notable reconocimiento, siendo publicados en revistas de alto nivel, expuestos en congresos internacionales y difundidos hacia la industria en webinarios internacionales. Finalmente, gracias al amplio conocimiento generado y adquirido en el campo, se han podido proponer nuevas líneas de investigación vinculadas, para continuar el progreso hacia el desarrollo comercial de las VAWT.