Medición del campo de velocidades en un aerogenerador con álabes de inducción utilizando el velocímetro de imágenes de partículas

Abstract

This work presents an experimental analysis of the velocity field generated by two small-scale wind turbine models: a conventional turbine and an induction turbine. The study was conducted in an open-circuit wind tunnel using Particle Image Velocimetry (PIV), which enabled the visualization and quantification of the airflow structure in different regions of the system. To obtain the velocity fields, a tracer particle generation system based on Di-Ethyl-Hexyl-Sebacat (DEHS) was implemented, ensuring an accurate representation of the fluid motion. The experiments were carried out under two flow velocity conditions, analyzing both the rotor plane and the wake region downstream of the turbine. The results show that the conventional turbine exhibits a more uniform and stable behavior, with a clearly defined velocity deficit in the wake. In contrast, the induction turbine displays a more complex interaction with the flow, characterized by recirculation, local velocity increases, and a redistribution of kinetic energy, particularly in the hub region. Furthermore, it was observed that increasing the flow velocity intensifies these differences, highlighting a greater sensitivity of the induction turbine to changes in operating conditions. Overall, the results demonstrate that turbine design influences not only the magnitude of the flow but also its aerodynamic structure. This work contributes to the experimental understanding of the interaction between airflow and rotating systems, providing relevant insights for the analysis and optimization of wind turbines.

En el presente trabajo se realiza un análisis experimental del campo de velocidades generado por dos modelos de turbinas eólicas a escala: una turbina convencional y una turbina de inducción. El estudio se llevó a cabo en un túnel de viento de circuito abierto utilizando la técnica de Velocimetría por Imágenes de Partículas (PIV), la cual permitió visualizar y cuantificar la estructura del flujo de aire en distintas regiones del sistema. Para la obtención de los campos de velocidad, se implementó un sistema de generación de partículas trazadoras basado en Di-Ethyl-Hexyl-Sebacat (DEHS), asegurando una adecuada representación del movimiento del fluido. Los experimentos se realizaron bajo dos condiciones de velocidad del flujo, evaluando tanto el plano del rotor como la región de la estela generada aguas abajo. Los resultados muestran que la turbina convencional presenta un comportamiento más uniforme y estable, con una distribución de velocidad claramente definido en la estela. En contraste, la turbina de inducción exhibe una interacción más compleja con el flujo, caracterizada por la presencia de recirculación, incrementos locales de velocidad y una redistribución de la energía cinética, especialmente en la región del hub. Asimismo, se observó que el incremento en la velocidad del flujo intensifica estas diferencias, evidenciando una mayor sensibilidad de la turbina de inducción frente a cambios en las condiciones de operación. En general, los resultados demuestran que el diseño de la turbina influye no solo en la magnitud del flujo, sino también en su estructura aerodinámica. Este trabajo contribuye al entendimiento experimental de la interacción entre flujo y sistemas rotatorios, proporcionando información relevante para el análisis y optimización de turbinas eólicas.