Estudio computacional de dinámica de fluidos (CFD) para aerogeneradores de eje vertical y baja potencia

Abstract

Este Trabajo de Fin de Máster presenta el estudio Computacional de Dinámica de Fluidos (CFD, según sus siglas en inglés) del aerogenerador vertical de baja potencia EOLI FPS, diseñado por la empresa Reacción UpTheWorld, S.L. (RUTW) para su aplicación específica en entornos urbanos. El objetivo principal de la investigación ha sido el análisis del comportamiento aerodinámico del dispositivo mediante simulaciones estáticas y dinámicas bajo distintas condiciones de viento. En el estudio estático se ha determinado la evolución del torque sobre el eje del rotor en función de su posición angular, permitiendo estimar un valor realista del torque de carga óptimo como base para el futuro correcto acoplamiento de un sistema de generación eléctrica. En el estudio dinámico se ha caracterizado el comportamiento rotacional libre del sistema, observando la influencia de la densidad del mallado sobre la velocidad angular alcanzada y la evolución temporal del torque. Los resultados obtenidos muestran una dependencia cúbica del torque con la velocidad del viento y una clara convergencia numérica de las curvas de evolución temporal de velocidad angular, confirmando la coherencia y viabilidad del modelo y exponiendo el potencial del aerogenerador para aplicaciones de autoproducción energética en entornos urbanos.This Master’s Thesis presents a Computational Fluid Dynamics (CFD) study of the low-power vertical-axis wind turbine EOLI FPS, designed by the company Reacción UpTheWorld, S.L. (RUTW) for specific applications in urban environments. The main objective of the research was to analyze the aerodynamic behavior of the device through static and dynamic simulations under different wind conditions. In the static study, the evolution of the torque on the rotor axis was determined as a function of its angular position, enabling the estimation of a realistic optimal load torque as a foundation for the future proper coupling of an electric generation system. In the dynamic study, the free rotational behavior of the system was characterized, analyzing the influence of mesh density on the achieved angular velocity and the temporal evolution of torque. The results show a cubic dependence of torque on wind speed and clear numerical convergence of the angular velocity evolution curves, confirming the consistency and viability of the model and highlighting the potential of the wind turbine for self-generation applications in urban environments.