Revisión de los perfiles aerodinámicos apropiados para turbinas eólicas de eje horizontal y de pequeña escala en zonas boscosas / A review of horizontal axis small wind turbine blades suitable for wooded areas / Revisão dos perfis aerodinâmicos apropriados para turbinas eólicas de eixo horizontal e pequena escala nas zonas arborizadas

RESUMEN

Resumen Introducción: la energía eólica ha crecido de forma acelerada en los últimos 20 años y los sitios para instalar parques eólicos se empiezan a agotar. Las turbinas eólicas de pequeña escala representan una alternativa viable, en particular en zonas boscosas de bajo potencial eólico y alta turbulencia. Objetivo: presentar una revisión de los perfiles aerodinámicos para aerogeneradores de pequeña escala, para determinar su posible aplicación en zonas boscosas. Materiales y métodos: se efectúa una revisión literaria en las bases de datos Web of Science y Scopus, sobre turbinas eólicas de pequeña escala de eje horizontal, en las revistas Energy, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Renewable and Sustainable Energy Reviews y Renewable Energy, entre otras. Se define una clasificación de tres grandes grupos para los perfiles aerodinámicos de uso muy frecuente, de uso con frecuencia media y de uso con baja frecuencia. Resultados: los perfiles de uso muy frecuente son el SG6043, S809 y NACA0012, siendo el primero de ellos el que presenta mejor desempeño aerodinámico. A pesar de esto, otros perfiles como el SH3055 son ampliamente usados en turbinas eólicas de pequeña escala. Conclusiones: un perfil adecuado para una turbina eólica de pequeña escala para zonas boscosas debe ser diseñado para regulación por pérdida (stall) y poseer una alta robustez ante cambios de rugosidad superficial. El perfil con mayor potencial, según la literatura para esta aplicación, es el SG6043, siendo 110 % y 85 % más eficiente que NACA0012 y S809, respectivamente, para un Re de 2 x 105; empero, se requiere más investigación en temas como desempeño aerodinámico de los perfiles ante altos niveles de turbulencia.

ABSTRACT

Abstract Introduction: Wind energy has grown rapidly in the last 20 years and sites to install full-scale wind farms are starting to run out. Small-scale wind turbines represent a feasible alternative, particularly in forested areas of low wind potential and high turbulence. Objective: to present a review of the aerodynamic profiles for small-scale wind turbines, to determine their possible application in wooded areas. Materials and methods: a review of small-scale horizontal axis wind turbines is carried out using the Web of Science and Scopus databases mainly on the journals Energy, Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Renewable and Sustainable Energy Reviews, and Renewable Energy. A classification of three large groups is defined for the aerodynamic profiles very frequent use, medium frequency use and low frequency use. Results: the profiles of very frequent use are the SG6043, S809 and NACA0012, the first of them is the one having the best aerodynamic performance. Despite this, other profiles such as the SH3055 are widely used in the small-scale wind turbine field. Conclusions: a suitable profile for a small-scale wind turbine for forested areas should be designed for stall regulation and have low sensitivity against changes in surface roughness. The profile with the greatest potential, according to the literature for this application, is the SG6043, being 110 % y 85 % more efficient than NACA0012 and S809, respectively, for a Re of 2 x 105; however, more research is required on issues such as aerodynamic performance of the profiles at high levels of turbulence.

RESUMO

Resumo Introdução: a energia eólica há crescido de forma acelerada nos últimos 20 anos e os sítios para instalar parques eólicos empeçam a diminuir. As turbinas eólicas de pequena escala representam uma alternativa viável, em particular nas zonas arborizadas de baixo potencial eólico e alta turbulência. Objetivo: apresentar uma revisão dos perfis aerodinâmicos para aerogeradores de pequena escala, para determinar uma possível aplicação nas zonas arborizadas. Materiais e métodos: efetuou-se uma revisão literária nas bases de dados Web of Science e Scopus, sobre turbinas eólicas de pequena escala de eixo horizontal, nos jornais Energy, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Renewable and Sustainable Energy Reviews e Renewable Energy, entre outras. Define-se uma classificação dos três grandes grupos para os perfis aerodinâmicos de uso muito frequente, de uso com frequência meia e de uso com baixa frequência. Resultados: os perfis de uso muito frequente são o SG6043, S809 y NACA0012, sendo o primeiro deles o que apresenta melhor desempenho aerodinâmico. Apesar disso, os perfis como o SH3055 são amplamente usados nos negócios das turbinas eólicas. Conclusões: um perfil adequado para uma turbina eólica de pequena escala para zonas arborizadas deve ser projetado para regulação por stall e possuir uma alta robustez ante mudanças na rugosidade superficial. O perfil com maior potencial, segundo a literatura e para essa aplicação é o SG6043, sendo 110 % e 85 % mais eficiente que NACA0012 e S809, respectivamente, para um Re de 2x 105, no entanto, requere mais investigação em temas como o desempenho aerodinâmico dos perfis