Influencia del tipo de alabe en el desempeño hidrodinamico de una turbina tipo darrieus

The study of vertical axis turbines has gained great interest in recent years for its great potential. Computational fluid dynamics (CFD) is an alternative analysis tool that is being used for the understanding of the problem. This paper presents and discusses the results of the computational parametric study of the airfoil of the blades in a turbine Darrieus type H. We assessed the influence of two parameters: thickness and curvature on the hydrodynamic performance estimated by CFD. We designed a factorial experiment 32 in which each factor had 3 levels, thickness (6, 12 and 15) and symmetry / asymmetry (00XX, 24XX and 44XX). The 9 final simulations were performed in the commercial software Fluent, while the mesh was parameterized in the commercial software Gridgen. The hydrodynamic performance of the turbine was evaluated by analyzing three nondimensional coefficients: Coefficient of moment (Cm), tangential force coefficient (Ct) and radial force coefficient (Cn). Numerical results show a strong influence of the thickness on Cm and Ct, while the asymmetry of the profile influences on Cn, which can be relevant from the point of view of design fatigue of the turbine.El estudio de turbinas de eje vertical ha cobrado gran interés en los últimos años debido a su gran potencial. Herramientas de análisis alternativas a la experimentación, como la dinámica de fluidos computacional (CFD), están siendo utilizadas para el entendimiento del problema. Este artículo muestra y discute los resultados del estudio computacional paramétrico del perfil alar de los alabes en una turbina Darrieus tipo H. Se evaluó la influencia de dos parámetros del perfil: espesor y curvatura en el desempeño hidrodinámico, estimado por medio de CFD. Se diseñó un experimento factorial 32 en el cual cada factor tiene tres niveles: espesor (6, 12 y 15) y simetría/asimetría (00XX, 24XX y 44XX). Las nueve simulaciones finales fueron realizadas en el software comercial Fluent, mientras que la malla fue parametrizada en el software comercial Gridgen. El desempeño hidrodinámico de la turbina se evaluó mediante el análisis de tres coeficientes adimensionales: coeficiente de momento (Cm), coeficiente de fuerza tangencial (Ct) y coeficiente de fuerza radial (Cn). Los resultados numéricos muestran una gran influencia del espesor del perfil en Cm y Ct, mientras que la asimetría del perfil tiene influencia en Cn, la cual puede ser relevante desde el punto de vista de diseño a fatiga de la turbina

Mechanical design and simulation of an in-line cross-flow spherical hydraulic picoturbine for energy harvesting in pressure conduits

En la actualidad las sociedades demandan una mayor cantidad de energía eléctrica y se encuentran más concienciadas sobre el medioambiente lo que está originando una tendencia al uso de las energías renovables, un desarrollo de los sistemas de recuperación de energía y una mejora en la eficiencia de los equipos. Las redes de abastecimiento de agua potable son sistemas que tienen importantes consumos eléctricos debidos a sus sistemas de regulación y control, por lo que en dicho sector se están desarrollando nuevos equipos para poder aprovechar las variaciones de presión que se dan para la regulación del caudal. Para la regulación de la presión es bastante común el uso de las válvulas reductoras de presión que son válvulas cuya finalidad es mantener constante y con un valor menor la presión aguas abajo de estas, dicha perdida de presión produce una generación de calor que se disipa en el propio flujo. Otro tipo de solución es el uso de bombas funcionando como turbinas (BFT) las cuales permiten aprovechar la perdida de presión que se produce en su rotor para la obtención de energía mecánica en un eje que se puede acoplar a un generador. Su principal inconveniente es que no suelen ser económicamente viables y requieren de unas condiciones específicas de presión y caudal. Como alternativa están surgiendo nuevos diseños como son las picoturbinas de flujo cruzado. Las picoturbinas de flujo cruzado son turbinas hidráulicas que se instalan en el interior de las tuberías para que la perdida de presión que experimenta el flujo al atravesarlas se aproveche para generar fuerzas de sustentación en los perfiles aerodinámicos de sus alabes generando un par constante. En este TFG se aborda el diseño, calculo y la simulación de picoturbinas hidráulicas de geometría esférica de flujo cruzado con el fin de realizar una recuperación de energía en conducciones de redes de abastecimiento de agua potableEscuela Técnica Superior de Ingeniería IndustrialUniversidad Politécnica de Cartagen

Optimización de los álabes de una turbina hidrocinética tipo horizontal

Esta investigaciÛn se enfoca en la optimizaciÛn de los ·labes de una turbina hidrocinÈtica horizontal con el objetivo principal de mejorar su eficiencia y producciÛn de energÌa en el contexto de la creciente demanda de energÌa renovable. Para lograr este propÛsito, se emplearon diversas tÈcnicas numÈricas y simulaciones por software para encontrar la geometrÌa Ûptima de los ·labes que maximice su eficiencia. Se compararon diferentes perfiles NACA de 4 y 5 dÌgitos para identificar cu·l ofrecÌa el mejor rendimiento. Los resultados destacaron el perfil NACA 4318 con un ·ngulo de ataque de 10° como la opciÛn m·s eficiente. Los resultados de la simulaciÛn mostraron una distribuciÛn de presiones en los ·labes, con valores que varÌan entre 97,429.80 Pa y 104,446.66 Pa, y se identificÛ una regiÛn de alta presiÛn en el impacto frontal de la estructura. Adem·s, se realizÛ un an·lisis estructural est·tico que considerÛ el torque y el material de los ·labes (AISI 347 Acero Inoxidable), obteniendo valores de deformaciÛn de 3,643.57 y un lÌmite el·stico de 275,000,000 N/m2 . El estudio concluyÛ que el ·labe NACA 4318 mejorÛ significativamente la eficiencia de la turbina hidrocinÈtica, lo que podrÌa tener un impacto positivo en su rendimiento operacional. La ganancia de potencia obtenida fue de aproximadamente 118.029 W, lo que refleja un aumento en la eficiencia del sistema y una mayor capacidad de generaciÛn de energÌa. Adem·s, se evaluÛ el fenÛmeno de cavitaciÛn en el ·labe Ûptimo y se determinÛ que no se espera que ocurra en las condiciones actuales de operaciÛn.TesisInfraestructura, Tecnología y Medio Ambient

Diseño y construcción de un banco de pruebas para medir las potencias de entrada y salida de una turbina tesla para el laboratorio de Turbomaquinaria de la Facultad de Mecánica

El presente proyecto nació de la necesidad de los estudiantes de la Facultad de Mecánica de disponer de un banco de pruebas en el que se pueda analizar la transformación de energía hidráulica a energía mecánica y a su vez comprender los principios físicos que existen detrás del funcionamiento de una turbina Tesla. Por lo tanto, el objetivo de la presente investigación fue diseñar y construir un banco de pruebas para medir las potencias de entrada y salida de una turbina Tesla variando las condiciones de operación para el laboratorio de Turbomaquinaria de la Facultad de Mecánica. La implementación del banco de pruebas en cuestión partió del uso de la metodología VDI 2221, en donde se generó una lista de exigencias la cual trata de solventar los requerimientos de los estudiantes, en lo referente al diseño del sistema hidráulico, se empezó con la selección de la bomba para consecuentemente realizar el diseño de la turbina en donde se estableció las características de los discos; para la extracción de datos se trabajó con sensores de flujo, presión, velocidad angular, voltaje e intensidad, los cuales se conectaron a una pantalla Nextion, consecuentemente se analizó la estructura y se validó mediante los softwares ANSYS y SAP 2000. Para la validación del prototipo se realizó pruebas experimentales a diferentes grados de apertura de la válvula para el control de caudal y el análisis de integridad de cada uno de los elementos durante el funcionamiento del sistema, además se evaluó los rangos de error de los sensores al compararlos con instrumentos analógicos. En este contexto se concluyó que la turbina alcanza una eficiencia del 33% a 30,16 rad/s cuando trabaja en condiciones favorables y al máximo rango de apertura de la válvula, siendo 17 LPM el mínimo caudal del funcionamiento.This project arose from the need of students in the Mechanical Engineering faculty to have a test bench to analyze the conversion of hydraulic energy into mechanical energy and understand the underlying physical principles of a Tesla turbine. Therefore, the objective of this research was to design and construct a test bench to measure the input and output powers of a Tesla turbine while varying the operating conditions for the Turbomachinery laboratory of the Mechanical Engineering faculty. The test bench implementation followed the VDI 2221 methodology, which generated a list of requirements to meet the student's needs. Regarding the design of the hydraulic system, it began with the pump selection, followed by the creation of the turbine, where the characteristics of the discs were established. Data extraction was performed using flow, pressure, angular velocity, voltage, and current sensors connected to a Nextion display. The structure was analyzed and validated using ANSYS and SAP 2000 software. Experimental tests were conducted at different degrees of valve opening to control the flow rate and analyze the integrity of each element during system operation to validate the prototype. The sensor error ranges were also evaluated by comparing them with analog instruments. It was concluded that the turbine achieves an efficiency of 33% at 30.16 rad/s under favorable conditions and at the maximum valve opening range, with a minimum flow rate of 17 LPM for operation