Performance and flow dynamics in cross-flow turbines

Resumen

Esta tesis doctoral presenta el estudio que el autor realizó para comprender el efecto del ángulo pitch de la pala sobre las interacciones pala-estela que tienen lugar dentro del rotor y, por lo tanto, sobre el rendimiento de una turbina de de flujo cruzado con tres palas rectas. En primer lugar, hemos estudiado experimentalmente el rendimiento de este tipo de turbina en un túnel de viento de capa límite. Lo hicimos para diferentes pitches fijos de las palas, y con diferentes números de Reynolds basados en el diámetro de la turbina que cubren la región de transición en la que el par producido por las palas superó al par resistivo opuesto. La forma y los valores de la curva de rendimiento cambiaron drásticamente con sólo un incremento del ángulo pitch fijo. Cuanto mayor sea el número de Reynolds, menor es el tip speed ratio óptimo y más hacia el toe-out se mueve el ángulo pitch ideal. Posteriormente, estudiamos experimentalmente la dinámica de flujo dentro del rotor para diferentes pitches de la pala en un tanque de agua con carro, usando Digital Particle Image Velocimetry. Los ensayos se realizaron a un número de Reynolds basado en el diámetro de la turbina constante, y para un rango de tip speed ratios. La atención se centra en el análisis de las interacciones pala-estela dentro del rotor. Ángulos toe-in y excesivos toe-out se han asociado a bajos rendimientos de este tipo de turbinas. La investigación nos ha permitido relacionar las interacciones pala-estela con las diferencias de rendimiento en este tipo de turbinas, en función del tip speed ratio operativo y del ángulo pitch de la pala