Simulación numérica y ensayos estructurales con dispositivo FishBAC de álabes de una turbina de viento de baja capacidad empleando la Norma IEC 61400-2

Abstract

The purpose of this research is to present the structural analysis of a blade fitted with a FishBAC device for a low-capacity wind turbine using the IEC 61400-2 standard. The FishBAC device allows the curvature of the trailing edge of the airfoil to be modified, resulting in a 15% ±1% increase in power. BEM theory was applied to aerodynamic design and validated through modeling in QBlade software and CFD simulation. The mechanical design followed the Ullman methodology. A structural simulation of the blade model was also performed. The blade manufacturing process is shown, both for the composite materials (fiberglass and epoxy resin) using the VARTM process, and for the 3D-printed components. Static tests were performed according to the loads specified in the IEC 60400-2 standard. Finally, the results obtained from the experiments and those obtained through numerical simulation were compared. Although discrepancies were observed in the comparison of results, these do not compromise the structural integrity of the blade. The results validate the presented design and manufacturing process.

La presente investigación tiene como objeto mostrar el análisis estructural de un álabe con dispositivo FishBAC de una turbina de viento de baja capacidad empleando la norma IEC 61400-2. El dispositivo FishBAC permite modificar la curvatura del borde de salida del perfil aerodinámico, lo que se traduce en un aumento de la potencia en un 15%. En el diseño aerodinámico se aplicó la teoría BEM y se validó mediante el modelado en el software QBlade y empleando simulación CFD. El diseño mecánico siguió la metodología de Ullman. También se realizó una simulación estructural del modelo del álabe. Se muestra el proceso de manufactura del álabe, tanto para los materiales compuestos (fibra de vidrio y resina epoxi) mediante el proceso VARTM, como para los componentes por impresión 3D. Se realizaron pruebas estáticas de acuerdo con las cargas indicadas en la norma IEC 60400-2. Finalmente, se compararon los resultados obtenidos de la experimentación y los obtenidos mediante simulación numérica. Aunque se observaron discrepancias en la comparación de resultados, estas no comprometen la integridad estructural del álabe. Los resultados validan el diseño presentado y el proceso de manufactura.