Aerodynamic and structural evaluation of horizontal axis wind turbines with rated power over 1 MW

An aeromechanical evaluation of large (over 1 Mw of nominal power) Horizontal Axis Wind Turbines (HAWT’s) is performed is this paper. The strategy is based on the combination of an aerodynamic module, which provides the three-dimensional pressure distribution on the HAWT’s blades, an a structural module which takes such pressure forces as input data in order to compute both, blade deformation and strain and stress distributions over the blade. The aerodynamic module combines the three-dimensional nonlinear lifting surface theory approach, which provides the effective incident velocity and angle of attack at each blade section, and a two-dimensional panel method for steady axisymmetric flow in order to obtain the 3D pressure distribution on the blade. Such pressure distribution constitutes the input data for the structural module, which is a finite element package whose output is the blade deformation and strain and stress distribution along the blade, as well as material induced fatigue. This methodology is applied to study a 50 m long blade able to provide a nominal power of 3 Mw. Key words: Wind turbine, aerodynamics, structural behaviour, numerical simulation, efficiency.Primera edició

Proyección de un sistema Dish/Stirling para Generación Distribuida

En este trabajo se presenta una metodología para el cálculo de sistemas Dish/Stirling, a partir de la variación de factores climáticos que intervienen en el comportamiento térmico, tales como: la velocidad del viento, la temperatura ambiente y la irradiación solar. Modelos matemáticos −previamente validados− del disco solar y del motor Stirling fueron incorporados a esta metodología con el fin de proyectar el sistema Dish/Stirling y así operar en la ciudad de Itajubá, en el estado de Minas Gerais, Brasil. Los factores climáticos de todo el año 2010 fueron suministrados por la estación meteorológica de la Universidad Federal de Itajubá (Unifei-Brasil). Como resultado de este trabajo, se tiene el diseño de un sistema de generación de energía eléctrica con capacidad de 5,3 kW, utilizando un disco paraboloide de 7,3 metros de diámetro y un motor Stirling tipo alfa. En la elaboración de los modelos matemáticos se utilizó MATLAB y FORTRAN como herramientas computacionales

Construction design

El proyecto urbano Mihouse consta de zonas comunes con edificios de cuatro a cinco plantas formados por grupos de apartamentos. Estos edificios pueden reproducirse en función del lugar los requisitos de densidad y los tipos de bloques urbanos. Todo el condominio residencial estaría compuesto por 30 edificios rodeados de ocho parques destinados a diferentes usos como la contemplación del paisaje, parques para actividades recreativas, entre otros . Además, todo el conjunto urbano estaría rodeado por 4 manzanas.The Mihouse urban project consists of common areas with buildings with four to five stories formed by groups of apartments. These buildings can be replicated depending on the place, the density requirements and the types of urban blocks. The whole residential condominium would be composed by 30 buildings surrounded by eight parks destined for different uses like landscape contemplation, parks for recreational activities, among others . Also, the whole urban compound would be surrounded by 4 blocks.Primera edició

Energy management system

Una descripción general de los criterios de diseño adoptados para el sistema eléctrico de este proyecto se va a mostrar. Para seleccionar la carga eléctrica (congelador, sistema de iluminación, lavado máquina, etc.), se utilizaron estudios realizados por empresas de servicios públicos. En esas publicaciones, algunos informes explican el tipo de cargas y perfiles eléctricos en viviendas de bajos ingresos o lo que aquí se llama social alojamiento. Luego, se compararon esos estudios y se definió la carga eléctrica de Mihouse. Con la potencia y energía definidas, se realizó el cálculo del sistema fotovoltaico. La siguiente tabla muestra la energía consumida en Mihouse, que se simula con una línea de base similar a los trabajos estudiados, con una media de 1000 W.A general description of the design criteria adopted for the electrical system of this project is going to be shown. To select the electric load (freezer, lighting system, laptop, washing machine, etc), studies made by utilities were used. In those publications, some reports explain the type of loads and electricity profiles in low income houses or what is called here social housing. Then, those studies were compared and the Mihouse electric load was defined. With the power and energy defined, the calculation of the photovoltaic system was carried out. The following table shows the energy consumed at Mihouse, which is simulated with a baseline similar to the papers studied, with an average of 1 000 W.Primera edició

Sustainability

Mihouse es una solución dinámica y sostenible para las condiciones reales del barrio en Cali, Colombia, con posibilidades de adaptarse a cualquier lugar. El objetivo principal del equipo es ofrecer un barrio innovador con condiciones de alta asequibilidad a través de una alta densidad de 128 unidades de vivienda que pueden expandirse pronto con fines productivos. Su diseño incluye un generoso entorno verde que ofrece una unidad habitacional confortable, flexible, progresiva y productiva a lo largo del tiempo. Teniendo en cuenta los principios de sostenibilidad, se ha diseñado un plan de gestión integral del agua diseñado un plan de gestión integrada del agua, en el que la recogida de agua de lluvia permite consumir menos agua potable y reutilizarla para la limpieza de los baños, entre otras cosas. Para la gestión integral de los residuos sólidos, se propone la creación de una pequeña empresa que gestione los residuos de la comunidad. Además, Mihouse aprovecha el Sol como fuente de energía gratuita mediante un sistema solar fotovoltaico conectado a la red con capacidad de almacenamiento, que producirá y utilizará su propia energía eléctrica además de poder vender el exceso de energía captada a la red, haciendo el sistema sostenible en el tiempoMihouse is a dynamic and sustainable solution for real neighborhood conditions in Cali, Colombia, with possibilities to be adapted anywhere. The team’s main goal is to offer an innovative neighborhood with high affordability conditions through a high density of 128 living units that can expand soon for productive purposes. Its design includes a generous green environment offering a comfortable living unit, flexible, progressive and productive along the time Considering sustainable principles, an integrated water management plan has been designed, in which rainwater harvesting allows us to consume less potable water and reusing it for cleaning bathrooms among others. For the integrated solid waste management, the creation of a small company to manage the community’s residues is proposed. Furthermore, Mihouse takes advantage of the Sun as a free energy source using a solar photovoltaic gridconnected system with storage capacity, that will produce and use its own electrical energy as well as being able to sell the excess of captured energy to the grid, making the system sustainable during the time.Primera edició

Diseño e implementación de energías renovables

El presente trabajo resume las experiencias realizadas en los dos últimos años en el tema de las energías renovables en el interior de la Universidad Autónoma de Occidente. Se presenta aquí el diseño y modelado del sistema solar, adquisición de equipos para enseñanzas y sus aplicaciones, desarrollo de pruebas de laboratorio y por último el un pequeño aerogenerador como resultado de una investigación de pregrado Finalmente, con los equipos adquiridos y desarrollos realizados como productos de tesis de pregrado, se da origen al Laboratorio de Energías Renovables de la Universidad Autónoma de Occident

Crisis energética mundial y transición energética, un debate necesario

Ilustraciones a colorEl conflicto Rusia-Ucrania ha generado un impacto socioeconómico que se ha extendido a una parte de Europa, pero con consecuencias para todo el planeta, incluida Colombia. Es un contexto que amerita reflexiones, incluso en las aulas de clases y los espacios académico

Water and energy engineering for sustainable buildings: mihouse project

Mihouse project is the result of an interinstitutional and interdisciplinary work developed by professors and students from the faculties of engineering, economic sciences and social communication of the Universidad Autónoma de Occidente (UAO) and architecture at the Universidad de San Buenaventura (USB) both located in Cali, Colombia. Within the framework of this project, students from the UAO Renewable Energy and lntegrated Water Resource Management research groups participated in this project, both in charge of the UAO professors. As a result of this project, two publications have been developed; the first one focused on ustainable architecture and bioclimatic architecture (Villalobos et al., 2018) and the second one focused on water and energy engineering for sustainable buildings (i.e. this document).List of Figures. List of Tables. Introduction. Construction Design. Water Management System. Energy Management System. Innovation. Sustainability. ReferencesPrimera edició

Trends in standardization, technology development and applications of energy efficient motors

En América Latina más de 100 millones de personas no tienen acceso a una energía limpia, asequible y constante. En Colombia, esto sucede en las denominadas Zonas No- Interconectadas - ZNI con una población de más de 2 millones de personas, que viven en regiones con abundantes y diversos recursos energéticos renovables. En este artículo se presenta una metodología para el diseño de microrredes en zonas aisladas, partiendo de la evaluación de recursos energéticos renovables locales. Una microrred es un sistema que usa varias fuentes y utiliza tecnologías de conversión de energías renovables en electricidad para proveer de electricidad zonas asiladas. Estas “microrredes” inteligentes consisten en un sistema energético que integra la generación, transmisión, distribución y uso final de la energía, de manera eficiente y amigable con el medio ambiente, y con un mínimo impacto socio-cultural, permitiendo el intercambio de información entre todos los componentes del sistema para un óptimo control. Por ello, es de suma importancia desarrollar un acertado análisis y evaluación de recursos energéticos, con el objetivo de optimizar al máximo el diseño de microrredesIn Latin America, more than 100 million people do not have access to clean, affordable and constant energy. In Colombia, this happens in the so-called Non-Interconnected Zones - ZNI with a population of more than 2 million people, who live in regions with abundant and diverse renewable energy resources. This paper presents a methodology for the design of microgrids in isolated areas, based on the evaluation of local renewable energy resources. A microgrid is a system that uses several sources and uses renewable energy conversion technologies in electricity to provide electricity to isolated areas. These intelligent "microgrids" consist of an energy system that integrates the generation, transmission, distribution and final use of energy, in an efficient and friendly way with the environment, and with a minimum socio-cultural impact, allowing the exchange of information between All system components for optimal control. Therefore, it is very important to develop an accurate analysis and evaluation of energy resources, with the aim of maximizing the design of microgrid

Aeromechanical evaluation of large HAWT’s blades

Este artículo presenta la evaluación aeromecánica de una pala (longitud, 50 m) de aerogeneradores de eje horizontal (HAWT). El módulo aerodinámico combina el enfoque de la teoría de la superficie de elevación no lineal tridimensional y un método de panel bidimensional para un flujo simétrico axial constante. Proporciona una velocidad de incidencia y un ángulo de ataque efectivos en cada sección de la pala y distribución de presión 3D en la pala como datos de entrada para el paquete de análisis de elementos finitos (FEA). FEA proporciona deformaciones, deformaciones y distribuciones de tensión a lo largo de la fatiga inducida por la hoja y el material. El modelo de acumulación lineal de degradación se utilizó en el estudio de fatiga bajo un millón de ciclos de carga. El daño acumulado calculado se encontró por debajo del valor crítico. Introducción En funcionamiento normal, las palas de una turbina eólica deben resistir fuerzas centrífugas, momentos flectores causados ​​por fuerzas aerodinámicas de presión y efectos giroscópicos. Para mejorar el diseño de palas de aerogeneradores de eje horizontal (HAWT), la optimización del diseño requiere estimaciones de cargas más precisas y, por lo tanto, modelos más elaborados que incorporen acoplamiento de aerodinámica, dinámica estructural y turbulencia eólica. Las hojas HAWT modernas son estructuras delgadas compuestas con una distribución bastante sofisticada de resinas laminadas a lo largo y a lo ancho. La optimización mecánica de tales dispositivos debe realizarse modelando la hoja como un conjunto de elementos de capa delgada en lugar de utilizar el enfoque de elementos de viga. La evaluación precisa de las fuerzas interlaminares requiere una evaluación detallada del campo de fuerza externo, es decir, el campo de presión, que se supone que proporciona una mejor estimación del rendimiento del rotor que las teorías simplificadas del momento. utilizando fuerzas globales de elevación y arrastre en cada sección. Este artículo presenta una combinación de módulo aerodinámico, basado en el método Lifting Surface (LSM) y método de panel 2D, y módulo estructural, basado en el paquete de elementos finitos ANSYS, que se aplica para analizar un HAWT 1 grande (longitud de pala, 50 m; y potencia nominal, 3 MW).This paper presents aeromechanical evaluation of a blade (length, 50 m) of horizontal axis wind turbines (HAWT). Aerodynamic module combines three-dimensional non-linear lifting surface theory approach and a two-dimensional panel method for steady axisymmetric flow. It provides effective incident velocity and angle of attack at each blade section and 3D pressure distribution on blade as an input data for finite element analysis (FEA) package. FEA provides deformations, strains and stress distributions along blade and material induced fatigue. Degradation linear accumulation model was used in fatigue study under one million cycles of loading. Calculated accumulated damage was found below critical valu