Modelación CFD y análisis modal para investigación de cosechadoras de energía por cargas de viento
DOI:
https://doi.org/10.17533/udea.redin.20221096Palabras clave:
Modelo de simulación, simulación CFD, energía eólica, vibraciónResumen
Este trabajo tiene como objetivo el acoplamiento de la dinámica de fluidos computacional (CFD) y análisis modal (FEM) para simular la cosecha de energía de cargas de viento para producir energía eléctrica por efecto piezoeléctrico. Para complementar dicho objetivo, se realizó la simulación mediante CFD-FEM con los complementos de SolidWorks® 2021, que partió de la generación del modelo virtual, definición del dominio computacional e imposición de cargas de vientos, condiciones de frontera, y discretización del modelo, mediante un mallado que comprendió un total de 84 709 nodos y 50 157 elementos cuadráticos de alto orden de 1 mm de tamaño y finalmente se realizó una calibración de malla. Los resultados mostraron que la sección cercana a la base de sujeción se concentran las mayores presiones, independientemente de la velocidad simulada (3 a 21 m/s). La velocidad máxima provoco una presión sobre la zona de impacto de 101 716 Pa, una presión relativa de 391.75 Pa y un esfuerzo cortante de 4.78 Pa. Las frecuencias naturales de vibración utilizando la salida CFD, oscilan de 69 a 99 Hz. La dirección de acción del viento se define como la dirección de colocación del piezoeléctrico, específicamente cerca de la base donde se obtiene la máxima salida de voltaje eficaz (6.79 V) que con una resistencia externa de 10 y 20 MΩ, produce una potencia eléctrica de 4.62 y 2.31 µW, respectivamente.
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