Comparación de Herramientas de Simulación CFD en el Estudio del Efecto Vórtice sobre Punta de Aspa para Rotor Eólico

Abstract

Actualmente existen diversas herramientas para la simulación del comportamiento dinámico de los fluidos, muchas de las cuales son comerciales o de código abierto. Ansys y OpenFOAM (Open Field Operation and Manipulation) son algunas de ellas, sin embargo, existen marcadas diferencias durante las etapas de pre-procesamiento, procesamiento y post-procesamiento. A fin de analizar las ventajas y desventajas que estos dos códigos ofrecen, así como las diferencias en resultados, en este trabajo se analizó específicamente el efecto de vórtice que se crea sobre la punta de un aspa para rotor eólico. Para el caso específico se realizó un análisis 3D de un aspa con cuerda variable y perfiles NREL-S811, NREL- S809 y NREL-S810 (desde la raíz hasta la punta). El análisis incluye el uso de una punta base (sin modificación), y una tipo Tip-Tank, y la comparación de los coeficientes aerodinámicos (CL, CD y CM) y los vórtices generados sobre cada una de estas. Para el estudio se utilizó el modelo de turbulencia k-epsilon, y Reynolds Re=1.44x10-5. Se evidenció que tanto en Ansys como en OpenFOAM, la intensidad del vórtice obtenido varía dependiendo de múltiples factores como tamaño del elemento, así como del modelo de turbulencia. Con los resultados obtenidos se evidenció para el caso de OpenFOAM que la punta Tip Tank presentó un coeficiente de sustentación mayor en un 22.9% respecto a la punta base, y un coeficiente de arrastre mayor en un 3.74%, mientras que para el caso de Ansys, la punta Tip Tank presentó un coeficiente de sustentación mayor en un 0.25% respecto a la punta base, y un coeficiente de arrastre mayor en un 3.14%. La utilización de OpenFOAM requiere de un acertado conocimiento de las variables de flujo y de la aerodinámica del caso bajo estudio, toda vez que al tratarse de un código basado en programación C++, el usuario puede incurrir en errores que no son evidentes y afectan sensiblemente el comportamiento teórico del modelo aerodinámico. Por el contrario, ANSYS es más amigable en cuanto al análisis, sin embargo, es poco flexible en la modificación de las variables base.