Diseño y construcción de un túnel de viento para la evaluación aerogeneradores verticales Savonious Helicoidal

Abstract

Este proyecto tiene como objetivo principal el diseño y construcción de un túnel de viento orientado a la evaluación de aerogeneradores de eje vertical a escala, donde la pruebas y simulaciones de comportamiento se centran en el modelo de Savonious Helicoidal. Se busca diseñar una estructura que permita ensayos de tipo aerodinámico y repetibles , considerando condiciones fundamentales y/o reales para la caracterización del comportamiento de las turbinas, el modelo Savonious Helicoidal en específico para este trabajo.

Con respecto a la zona de pruebas, se diseña un soporte especializado que brinda un correcto posicionamiento del modelo a evaluar dentro de la cámara de ensayos. Este componente es concebido considerando resistencia estructural, estabilidad y alineación adecuada cuando ingrese el flujo de aire, reduciendo posibles interferencias durante las pruebas.

La validación del diseño se realiza mediante simulaciones numéricas en softwares como ANSYS Fluent o Autodesk Inventor, lo cual nos la posibilidad de visualizar el flujo dentro de la estructura del túnel de viento, donde se contrasta los resultados obtenidos matemáticamente versus los de las simulaciones. Para la fabricación se proponen materiales como acero galvanizado y hierro fundido, priorizando la durabilidad y rigidez.

El armazón del túnel de viento se compone de tres secciones principales: Cono difusor, cámara de ensayos o zona de pruebas y cono de contracción. Por otra parte, se tiene el soporte especializado el cual se encuentra dentro de la cámara de ensayos. El diseño de las tres secciones mencionadas se basa en estándares de diseño ingenieril, donde se inicia a partir del tamaño de los modelos a escala a evaluar. Desde este punto se define el área de la zona de pruebas, las medidas del cono contractor y difusor, el tipo de extractor necesario y las velocidades de funcionamiento para realizar pruebas en condiciones adecuadas.

The main objective of this project is the design and construction of a wind tunnel aimed at evaluating scaled vertical-axis wind turbines, focusing specifically on the Helical Savonius model for testing and performance simulations. The goal is to design a structure that enables aerodynamic and repeatable testing, considering fundamental and/or realistic conditions for characterizing the behavior of turbines, with specific emphasis on the Helical Savonius model in this study.

Regarding the test section, a specialized support system is designed to ensure the correct positioning of the model within the test chamber. This component is conceived with structural strength, stability, and proper alignment in mind to ensure optimal airflow interaction and minimize potential interferences during testing.

Design validation is conducted through numerical simulations using software such as ANSYS Fluent and Autodesk Inventor. These simulations allow for the observation of airflow behavior within the wind tunnel structure, enabling a comparison between mathematical results and those obtained from the simulations. For construction, materials such as galvanized steel and cast iron are proposed, prioritizing durability and rigidity.

The wind tunnel structure consists of three main sections: the diffuser cone, the test chamber (or test section), and the contraction cone. Additionally, the specialized support is located inside the test chamber. The design of these three sections is based on engineering design standards, beginning with the scale of the models to be evaluated. From this starting point, the area of the test section is defined, along with the dimensions of the contraction and diffuser cones, the type of extractor required, and the operating speeds necessary for conducting tests under suitable conditions.