Numerical simulation of fluid-structure interaction to predict the response of bladeless wind turbines to wind-induced vibrations in compact cities

Resumen

En este artículo se presenta un análisis de la respuesta fluido-estructura de los aerogeneradores sin palas que funcionan por resonancia aeroelástica inducida, los cuales pueden ser utilizados en ciudades o pueblos pequeños para formar parte de un urbanismo sostenible. En este análisis se llevan a cabo simulaciones numéricas del comportamiento del viento y del efecto denominado vórtices de von Karman que produce al rodear la estructura del aerogenerador utilizando como datos de entrada las velocidades del viento medidas por la Estación Meteorológica Mariscal Sucre en Quito. Las simulaciones CFD determinan la señal de excitación causada por los diferentes flujos de viento existentes. Asimismo, los efectos que estas oscilaciones causan en la estructura se simulan a través de un estudio modal y respuesta armónica a resonancia. Los resultados obtenidos muestran un aumento proporcional en la frecuencia y amplitud del desprendimiento de vórtices al aumento de la velocidad del viento, lo que provoca diferentes señales de excitación que hacen que el aerogenerador oscile con amplitudes entre 6 a 11 cm. Finalmente, las simulaciones transitorias muestran que la presencia de casas y edificios en las cercanías en donde se instala el aerogenerador hacen que la dirección de la calle de vórtices varíe, así como las alteraciones en la frecuencia y amplitud de la excitación.

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