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Optimización topológica de perfil NACA 0015 a través de los algoritmos de temple simulado, SKO (Soft Kill Option) y CAO (Computer Aided Optimization) para implementación en turbinas de eje vertical de uso residencial

Resumen

En esta investigación, se empleó el perfil NACA0015 junto con tres algoritmos enfocados en la optimización. El primero es el algoritmo de recocido simulado, imita el enfriamiento lento de los metales. El segundo es el algoritmo CAO, el cual simula la expansión o refuerzo de zonas con concentradores de esfuerzo en árboles. Por último, el algoritmo SKO busca mejorar la distribución de cargas en estructuras ingenieriles mediante la modificación selectiva de propiedades mecánicas, imitando así el proceso de mineralización adaptativa observado en los huesos. Estos algoritmos se aplicaron en dos fases de optimización. En la primera fase, conocida como optimización de silueta, el propósito fue mejorar la relación promedio entre la fuerza de sustentación y el arrastre en un rango predefinido de ángulos de ataque. Para ello, se utilizó una conexión de PYTHON y XFOIL para implementar la parametrización de perfiles PARSEC. Esta técnica otorga mayor flexibilidad y control sobre la generación de nuevos perfiles mediante modificaciones geométricas, al combinarla con el algoritmo de recocido simulado, se logró una búsqueda eficaz dentro de un amplio dominio de nuevos perfiles. En la segunda fase, se llevó acabó una optimización topológica con APDL de ANSYS con el objetivo de reducir la masa e inercia en los alabes de las turbinas para conseguir un mejor arranque y operación. Los resultados arrojaron una mejora del 14% en el rendimiento aerodinámico del perfil original y una reducción del 31% del área total, una relación similar al optimizador topológico incorporado en el Workbench de ANSYS. Además, el esfuerzo de Von Mises que se obtuvo fue de 3.7 [MPa] con los algoritmos y con el optimizador de Ansys fue de 3.6 [MPa], valores cercanos e inferiores al permisible (49 [MPa]).