La energía eólica se basa en aspas de turbinas eólicas eficientes, que actúan como superficies aerodinámicas, estructuras similares al ala de un avión. Los accesorios de control de flujo de aire similares a los que se encuentran en los aviones mejoran el rendimiento aerodinámico de las aspas de la turbina.
En el Journal of Renewable and Sustainable Energy, de AIP Publishing, científicos de China muestran que un enfoque biónico que combina las características del ala de una gaviota con un accesorio de control de flujo diseñado, conocido como aleta Gurney, puede mejorar en gran medida el rendimiento de la turbina eólica.
Un flap Gurney es una pequeña lengüeta que se proyecta en ángulo recto desde el borde de fuga de un ala. Su presencia perturba los patrones de flujo del viento y es especialmente eficaz para mejorar el rendimiento en ángulos de ataque bajos. En aerodinámica, el ángulo de ataque es el ánguloentre una línea a través del centro del ala de un avión y el flujo de aire que se aproxima.
Aunque los flaps Gurney mejoran el rendimiento de las superficies aerodinámicas en ángulos de ataque bajos, no son ideales para ángulos de ataque grandes. Las investigaciones han demostrado que, aunque los flaps Gurney pueden mejorar significativamente el rendimiento de las turbinas eólicas en algunas situaciones, la velocidad de la turbina se reducirá.
El control de flujo biónico es un enfoque relativamente nuevo que imita los sistemas de control de vuelo biológicos, en otras palabras, alas y plumas. La idea proviene de la observación de que durante el aterrizaje o en una ráfaga de viento, las plumas en la parte superior de un avelas alas saldrán, creando un aleteo natural.
Estudios computacionales y experimentales muestran que los flaps biónicos inspirados en plumas pueden aumentar la sustentación y retrasar el inicio de la pérdida en ángulos de ataque altos. A pesar de sus ventajas, agregar flaps biónicos también puede reducir la sustentación, particularmente antes de que se produzca una pérdida. Por lo tanto, los investigadoresintentó un enfoque que combinaba colgajos Gurney con características biónicas.
Para lograr el mejor rendimiento aerodinámico, los científicos simularon el uso del accesorio de control de flujo combinado en una variedad de situaciones, incluidos ángulos de ataque altos y bajos y escenarios previos y posteriores a la pérdida. Compararon sus simulaciones computacionales con resultados experimentalespara el ala de un avión que sufre una pérdida dinámica.
"La tendencia general de la curva de sustentación calculada concuerda bien con los resultados de la medición experimental. Por lo tanto, la precisión de nuestra simulación se considera aceptable, porque la pérdida dinámica y su control son notoriamente difíciles de predecir", dijo el autor Xiaomin Liu.
El accesorio de control de flujo combinado mejora efectivamente el coeficiente de sustentación del perfil aerodinámico según Liu. "Para ángulos de ataque en el rango de 16 a 24 grados, el coeficiente de sustentación máximo del perfil aerodinámico aumenta en un 15 % cuando se combina una aleta Gurneyy se usa un colgajo biónico".
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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