Estudio del efecto de las cargas del viento sobre los elementos estructurales de un heliostato de una faceta utilizando dinámica de fluidos computacional

Abstract

En el presente trabajo se llevó a cabo un estudio computacional de las cargas aerodinámicas en un heliostato de una sola faceta para diferentes ángulos de azimut () y elevación (). Se analizaron los coeficientes aerodinámicos generados por el flujo del aire atmosférico en dos heliostatos concentradores con distinta curvatura de canteo esférico. Mediante el uso de Dinámica de Fluidos Computacional, se planteó un sistema semejante al de un túnel de viento utilizado en estudios experimentales con un heliostato en su interior. Se compararon los resultados obtenidos con los disponibles en la literatura para un heliostato de superficie plana a distintas elevaciones. Se consideró estado estable, número Mach menor al 3% (fluido incompresible) y alta intensidad turbulenta. Se encontró una disminución en los coeficientes de arrastre y volcamiento conforme el heliostato se orienta de una posición vertical a una horizontal, debido a la disminución en las diferencias de presión en las superficies delantera y trasera del heliostato. Obteniendo los valores máximos de los coeficientes de arrastre y volcamiento en 𝛼＜15°. En 45°< 𝛼 <60° se observaron los mayores valores en los coeficientes de sustentación, debido a la separación del flujo en el borde del heliostato cuando éste se coloca en ángulo al flujo, lo que causa el momento de sustentación. Se compararon los estudios de dos heliostatos concentradores, obteniendo que a mayor curvatura se tiene una disminución de los coeficientes de arrastre y sustentación y un aumento en el momento de volcamiento.