Un generador de vórtices es una superficie aerodinámica cuya función es crear un vórtice que energice la capa límite introduciendo aire de la corriente exterior a gran velocidad en esta, y retrase el desprendimiento de esta, retrasando, consecuentemente, de forma considerable la entrada en pérdida aerodinámica para una misma velocidad incidente del viento.

Los generadores de vórtices tienen un uso extendido en diseño de aeronaves, y su implantación en turbinas eólicas constituye un avance importante para la eficiencia de estas.

Estas piezas suelen ser de diferentes formas: rectangulares o triangulares, y de una altura adecuada a la aplicación correspondiente. Asimismo, su distribución y posicionamiento a lo largo de la pala, así como el ángulo que forma con la velocidad del viento son parámetros esenciales para optimizar su rendimiento. Un buen modelado de éstos permite facilitar su cálculo mediante CFD, y es la clave para el desarrollo de estos dispositivos

Generador de vórtices en la superficie de un ala

Simulación del flujo alrededor de un generador de vórtices

Modelado de generador de vórtices

La interacción fluido-estructura es la interacción de una estructura móvil o deformable con un flujo de fluido que la rodea, o que transcurre por dentro de ella. Este tipo de interacción puede ser estable u oscilatoria. En las interacciones oscilatorias, la deformación inducida por una perturbación ocasionada por el fluido en la estructura sólida la hace moverse con el objetivo de reducir la fuente de deformación, lo cual causa una perturbación mayor, entrando en un ciclo de oscilaciones divergentes, es decir, el amortiguamiento es negativo, la energía aumenta y esta realimentación del sistema hace que llegue a un punto en el que rompe la estructura.

La interacción fluido-estructural es un factor crucial en el diseño de muchos sistemas ingenieriles, como aeronaves o puentes. Despreciar las interacciones oscilatorias puede resultar catastrófico, sobre todo en estructuras cuyos materiales sean susceptibles a fatiga. Un claro ejemplo de esto es el famoso "desastre del puente de Tacoma Narrows", que debido al fenómeno aeroelástico de "flutter" o flameo, entró en resonancia, con oscilaciones crecientes hasta que se desplomó.

Como es de imaginar, la interacción fluido-estructura ha de tenerse en cuenta en el diseño de alas de avión y álabes de turbina, ya que de ocurrir un fenómeno oscilatorio como el descrito, se romperían de forma inmediata.

Asimismo el grupo investiga también sobre análisis dinámico, estando estrechamente unido a la interacción fluido-estructura.

Distribución de velocidades en la estela de una pala

Detalle de generación de vórtices en perfil

Los aerogeneradores de uso más extendido son los de eje horizontal con dos o tres palas, cuyas secciones rectas son perfiles aerodinámicos. Se podría decir que esta es la configuración básica que ofrecen la mayoría de fabricantes. El tipo de perfil aerodinámico es uno de los parámetros de diseño más determinantes en el funcionamiento de las turbinas eólicas.

En un perfil Naca, los más extendidos en el mundo aerodinámico, de cuatro dígitos, el primero indica el valor máximo de la línea media, el segundo la distancia entre el borde de ataque en el que se encuentra el valor máximo de la línea media, ambos medido en porcentajes y en decimos de la cuerda respectivamente. Los últimos dos dígitos indican el máximo espesor medido en porcentaje de la cuerda.

Para el estudio de perfil alar hemos seleccionado un perfil con un 12.5% de espesor, 600 milímetros de cuerda, un perfil simétrico en dos dimensiones y con un ángulo de ataque nulo. El espesor del borde trasero de 1.5 milímetros por lo que la parte trasera tendrá un corte.

El grupo de investigación realiza estudios de perfiles aerodinámicos estrechamente relacionados con los aerogeneradores, así como, el cilindro circular esta presente en muchos objetos de nuestro alrededor como farolas, tuberías, bases de aerogeneradores, edificios de forma ciruclar ,chimeneas, submarinos,etc. Por eso su importancia de su estudios fluido-computacional.

Velocidades en un perfil Naca 0012

Estela de velocidades en un cilindro circular