Tesis (Magíster en Ingeniería Eléctrica)

Las crecientes preocupaciones sobre el cambio climático y el aumento en el consumo de la
energía eléctrica han llevado a la necesidad de utilizar tecnologías basadas en fuentes renovables. Entre ellas, la energía eólica es una de las más prometedoras y con un rol cada vez más
importante. En particular, las turbinas eólicas de eje vertical tipo Savonius (SVAWT) poseen
características que las hacen idóneas para ciertas condiciones geográficas, atrayendo diseñadores a profundizar sobre ellas. Los principales objetivos en los estudios de turbinas eólicas
se enfocan en obtener el mayor aprovechamiento de la conversión de la energía del viento. En
este contexto, se han desarrollado investigaciones en las que se evalúa el comportamiento de
las SVAWT utilizando la dinámica de fluidos computacional (CFD).
A pesar de las ventajas que ofrece las simulaciones CFD, son escasas las ocasiones en
las que se realizan experimentos a gran escala. En consecuencia, varios diseños de SVAWT
no consideran la influencia conjunta de distintos parámetros geométricos en el rendimiento
de la turbina, ni tampoco el uso de técnicas de optimización matemática. Por lo anterior,
el objetivo de esta investigación es plantear una metodología de diseño para determinar la
configuración óptima que consigue maximizar el rendimiento aerodinámico de una SVAWT.
Para este propósito, se definen las variables, actividades, operaciones y técnicas de tres
procedimientos principales: la parametrización de las simulaciones numéricas, el proceso de
optimización y la estimación de la energía eléctrica suministrada por el conjunto turbina
generador. Esta metodología de diseño es evaluada e ilustrada con el fin de encontrar la
SVAWT de configuración óptima y establecer la energía eléctrica que esta podría suministrar
dadas las condiciones meteorológicas de la ciudad de Bogotá D.C.
La metodología de diseño planteada en este documento junto con sus resultados proporciona herramientas de especial interés para que investigadores y diseñadores evalúen múltiples
SVAWT basados en técnicas estadísticas, y de esta manera reducir los costos y tiempos de
experimentación. Sumado a esto, el proceso de optimización propuesto introduce en este tipo
de estudios la implementación de la metodología de la superficie de respuesta. Finalmente,
este trabajo aporta distintos modelos matemáticos y estadísticos que determinan la energía
eléctrica suministrada por la SVAWT óptima ante ciertas condiciones de entrada.