Design of Zero Head Turbines for Power Generation

Failure analysis of the blades of a horizontal axis hydrokinetic turbine of 1 kW is presented. Analysis consisted of the determination of the pressure on the blade surface using Computational Fluid Dynamics, and the calculation of the stress distribution in the blade due to hydrodynamic, inertial and gravitational loads using the finite element methods. The results indicate that the blade undergoes significant vibration and deflection during the operation, and the centrifugal and hydrodynamic loads considerably affect the structural response of the blade; however, the stresses produced in all of the analysed models did not exceed the safe working stresses of the materials used to manufacture the blade. Modal analysis was conducted to calculate first significant natural frequencies. Results were studied in depth against operating frequency of the turbine. After carrying out the modal analysis, harmonic analysis was also done to see the response of the turbine under dynamic loading. It was observed that the turbine is safe in its entire operating range as far as phenomenon of resonance is concerned. Additionally, it was observed that maximum harmonic response of the turbine on the application of dynamic loading is far lesser than its failure limit within the specified operating range

Computational Fluid Dynamic Simulation of Vertical Axis Hydrokinetic Turbines

Hydrokinetic turbines are one of the technological alternatives to generate and supply electricity for rural communities isolated from the national electrical grid with almost zero emission. These technologies may appear suitable to convert kinetic energy of canal, river, tidal, or ocean water currents into electricity. Nevertheless, they are in an early stage of development; therefore, studying the hydrokinetic system is an active topic of academic research. In order to improve their efficiencies and understand their performance, several works focusing on both experimental and numerical studies have been reported. For the particular case of flow behavior simulation of hydrokinetic turbines with complex geometries, the use of computational fluids dynamics (CFD) nowadays is still suffering from a high computational cost and time; thus, in the first instance, the analysis of the problem is required for defining the computational domain, the mesh characteristics, and the model of turbulence to be used. In this chapter, CFD analysis of a H-Darrieus vertical axis hydrokinetic turbines is carried out for a rated power output of 0.5 kW at a designed water speed of 1.5 m/s, a tip speed ratio of 1.75, a chord length of 0.33 m, a swept area of 0.636 m2, 3 blades, and NACA 0025 hydrofoil profile

Procesos de fabricación, análisis del ciclo de vida y retos futuros en los alabes de turbinas eólicas

Los aerogeneradores obtienen energía limpia del viento, sin embargo, existe una significativa afectación ambiental por el uso de algunos de sus materiales. Este articulo analiza la manufactura, el ciclo de vida y desmantelado de estas máquinas, para entender nuevas oportunidades para mejorar esos aspectos negativos, por medio de la revisión de diversos artículos. La búsqueda se centró en artículos SCOPUS, usando la palabra “aerogenerador” en títulos, resúmenes y palabras clave, obteniendo 68.362 resultados. Posteriormente, estos resultados fueron filtrados únicamente artículos, reseñas y tesis de investigación, redujendo la búsqueda a 3.663 resultados, la búsqueda se limitó a tan solo 10 años, contando de 2020 a 2010, alcanzando los 2.189 documentos. Se realiza el análisis de 2.189 documentos obtenidos, redujendo la base literaria a 185 documentos con información de procesos de fabricación, análisis de ciclo de vida y avances de algunos países en la implementación de mejoras en la fabricación de aerogeneradores, para reducir el impacto ambiental. El uso de materiales termoendurecibles en alabes de aerogeneradores es una realidad que debe ser modificada por los problemas ambientales que estos están provocando, los nuevos materiales para alabes deben desarrollarse de acuerdo con los principios de la economía circulaWind turbines obtain clean energy from the wind, however, there is a significant environmental impact due to the use of some of their materials. This article analyzes the manufacturing, life cycle, and dismantling of these machines, to under-stand new opportunities to improve these negative aspects, through the review of various articles. The search was focused on SCOPUS articles, using the word "wind turbine" in titles, abstracts, and keywords, obtaining 68,362 results. Subsequently, these results were filtered only articles, reviews, and research theses, reducing the search to 3,663 results, the search was limited to only 10 years, counting from 2020 to 2010, reaching 2,189 documents. The analysis of 2,189 documents obtained is carried out, reducing the literary base to 185 documents with information on manufacturing processes, life cycle analysis, and advances in some countries in the implementation of improvements in the manufacture of wind turbines, to reduce environmental impact. The use of thermosetting materials in wind turbine blades is a reality that must be modified by the environmental problems that these are causing, new materials for blades must be developed by the principles of the circular economy

Surrogate modelling for high-lift multi-element hydrofoil shape optimization of a hydrokinetic turbine blade

The hydrodynamic shape of a blade is one of the most important factors in the design process of a horizontal axis hydrokinetic turbine that influences its performance. The present work is focused on the design and hydrodynamic analysis of a high-lift system using the optimization method of surrogate models and computational fluid dynamics (CFD) analysis. The parameters that affect the amount of the lift and the drag force that a hydrofoil can generate are the gap, the overlap, the flap deflection angle (δ), the flap chord length (C2) and the angle of attack of the hydrofoil (α). These factors were varied to examine the turbine performance in terms of the ratio between the lift (CL) and the drag coefficient (CD), and the minimum negative pressure coefficient (min Cpre) in order to avoid the cavitation inception. For this propose, surrogate models were implemented to analyse the CFD results and find the optimal combination of the design parameters of the high-lift hydrofoil. The traditional Eppler 420 hydrofoil was utilized for the design of the multi-element profile, which was composed of a main element and a flap. The multi-element design selected as optimal had a gap of 2.825 %C1, an overlap of 8.52 %C1, a δ of 19.765˚, a C2 of 42.471 %C1 and a α of -4˚, where C1 refers to the chord length of the main element. In comparison with the traditional Eppler 420 hydrofoil, CL/CD ratio increases from 39.050 to 42.517. Key words. Horizontal axis hydrokinetic turbine, surrogate model, computational fluid dynamics, high-lift system, multielement hydrofoi

Kinetic model describing the UV/H2O2 Photodegradation of phenol From water

ABSTRACT: A kinetic model for phenol transformation through the UV/H2O2 system was developed and validated. The model includes the pollutant decomposition by direct photolysis and HO, HO2 and O2 - oxidation. HO scavenging effects of CO32-, HCO3-, SO42- and Cl- were also considered, as well as the pH changes as the process proceeds. Additionally, the detrimental action of the organic matter and reaction intermediates in shielding UV and quenching HO was incorporated. It was observed that the model can accurately predict phenol abatement using different H2O2/phenol mass ratios (495, 228 and 125), obtaining an optimal H2O2/phenol ratio of 125, leading to a phenol removal higher than 95% after 40 min of treatment, where the main oxidation species was HO. The developed model could be relevant for calculating the optimal level of H2O2 efficiently degrading the pollutant of interest, allowing saving in costs and time

Análisis de cargas laborales y actualización de los manuales de funciones y requerimientos Hospital San José de Marsella

El presente proyecto denominado “Estudio de cargas laborales y actualización de los manuales de funciones y requerimientos del Hospital San José de Marsella”, surge con base en la necesidad presentada por la E.S.E San José de Marsella, la cual radica en un estudio que permita identificar aquellos puestos de trabajo que presentan sobrecarga laboral y los que por el contrario carecen de suficientes actividades, estableciendo las causas de dicha situación. Este análisis consiste en reunir, analizar y ordenar toda la información que se pueda obtener del desempeño de los colaboradores en sus actividades, las cuales les permite cumplir con unas responsabilidades, unas exigencias de los directivos y unos objetivos que van en pro del cumplimiento de los objetivos generales de la organización

Estudio numérico del comportamiento estructural del perfil del álabe de un rotor tipo Savonius implementando una geometría multielemento

Context: This study evaluates the structural stability of a Savonius-type rotor by implementing a multiblade profile, with the purpose of reducing the resistance to movement and consequently improving aerodynamic performance. The rotor with the profile under study was compared against rotors with conventional semicircular and split Bach profiles. Method: The fluid-structure interaction was analyzed by numerically simulating the three rotors, and the state of stresses and deformations was determined under a normal operating regime. The rotors were assigned the same construction material, and they were studied under the same parameters and models of fluid dynamics and computational mechanics via the ANSYS software. Results: The results obtained showed a better structural behavior in the rotor with the multiblade configuration, reducing the maximum equivalent stress by 59,10 and 42,87\% and the deformations by 47,40 and 33,59\% with respect to the rotors with the conventional semicircular and split Bach profiles, respectively. Conclusions: The multiblade configuration allows for greater aerodynamic and structural performance while preserving the construction and operation simplicity that characterize Savonius-type rotors.Contexto: Este estudio evalúa la estabilidad estructural de un rotor tipo Savonius implementando un perfil multielemento, con el propósito de reducir la resistencia al movimiento y mejorar así el rendimiento aerodinámico. El rotor con el perfil en estudio se comparó con rotores de perfiles semicircular convencional y Bach dividido. Método: Se analizó la interacción fluido-estructura mediante la simulación numérica de los tres rotores, y se determinó el estado de esfuerzos y deformaciones en un régimen normal de operación. A los rotores se les asignó el mismo material de construcción, y estos fueron estudiados bajo los mismos parámetros y modelos de la dinámica de fluidos y mecánica computacional a través del software ANSYS. Resultados: Los resultados obtenidos evidenciaron un mejor comportamiento estructural en el rotor con la configuración multielemento, al reducir el esfuerzo equivalente máximo en 59,10 y 42,87\% y las deformaciones en 47,40 y 33,59\% con respecto a los rotores de perfiles semicircular convencional y Bach dividido respectivamente. Conclusiones: La configuración multielemento permite un mayor rendimiento aerodinámico y estructural, a la vez que se conserva la simplicidad de construcción y operacional que caracterizan al rotor tipo Savonius

Aplicación de CFD para el diseño del rodete de una turbina tipo hélice para pequeñas centrales hidroeléctricas

RESUMEN: A procedure for the design of the runner of a pico hydraulic propeller turbine according to the specific conditions of water potential of the site of operation is presented based on a theoretical and technical analysis. For this purpose the main characteristics of the runner are determined and data such as the suction head, the rated flow, and the occurring forces are established during the design. Modern engineering tools such as Computational Fluid Dynamics (CFD) are utilized for predicting the flow and Computer Aided Engineering software (CAE) for the design verification. The Runner of the Propeller Turbines (RPT) designed can be a viable option for electricity generation in not interconnected zones (NIZ) of the national interconnected electric system in developing countries and can be manufacture locally.ABSTRACT: En este artículo se presenta un procedimiento para el diseño del rodete de una turbina hidráulica tipo hélice de acuerdo con las condiciones específicas del potencial del agua del sitio de operación basado en un análisis teórico y técnico. Para este fin, las principales características del rodete se determinan y datos tales como la cabeza de succión, el caudal nominal, y las fuerzas que se producen son establecidos durante el diseño. Para la verificación del diseño se utilizan herramientas modernas de ingeniería tales como la dinámica de fluidos computacional (CFD) para predecir el flujo y el método de elementos finitos (CAE) para el chequeo de la integridad estructural. El rodete diseñado puede ser una opción viable para la generación de energía eléctrica en zonas no interconectadas (ZNI) del sistema interconectado nacional de electricidad en los países en desarrollo y se puede fabricar localmente

Selección de un convertidor de energía de las olas de tipo oscilante y un sistema de toma de fuerza para el aprovechamiento de la energía undimotriz de Colombia

Los dispositivos de generación undimotriz son dispositivos que se encargan de transformar la energía proveniente de las olas del mar en energía eléctrica. Los sistemas de toma de fuerza se caracterizan por tomar la energía mecánica obtenida mediante el dispositivo undimotriz y facilitar su conversión a energía eléctrica. En este trabajo, inicialmente se realizó una búsqueda y evaluación de los dispositivos tipo oscilantes convertidores de energía de las olas y sistemas de toma de fuerza disponibles en la literatura para identificar su ventajas y desventajas con el fin de seleccionar los sistemas más indicados para el aprovechamiento del recurso undimotriz de Colombia. Los sistemas seleccionados corresponden a dispositivos undimotriz acoplados a estructuras fijas a la costa y sistemas de toma mecánica directa debido a que, estos presentan mayores ventajas en cuanto a su proceso de fabricación, puesta a punto, operación y mantenimiento. Finalmente se presenta un diagrama de flujo del proceso de diseño de estos sistemas

Design considerations for a Michell-Banki turbine

Michell-Banki turbines, also known as cross-flow turbines, are hydraulic machines used for the production and generation of of small-scale hydroelectric power. Since its creation, the Michell-Banki turbine has been the subject of multiple investigations focused on improving eciency in order to obtain the maximum use of the available hydraulic resource. This work presents the main characteristics of the turbine, its components and its operating principle. Subsequently, a description of the most relevant research and contributions of each study. Then an analysis is made of the use and application of the Michell-Banki turbine and the opportunities for use in the Colombian territory with the aim of providing the energy resource to areas that lack the service and that have water resources. Finally, the most important considerations to take into account for the design of this type of turbines are described.Las turbinas Michell-Banki, también conocidas como turbinas de flujo cruzado, son maquinas hidráulicas utilizadas para la producción y generación de energía en proyectos hidroeléctricos a pequeña escala. Desde su creación, la turbina de Michell-Banki ha sido objeto de múltiples investigaciones enfocadas a mejorar la eficiencia a fin de obtener el máximo aprovechamiento del recurso hidraúlico disponible. En este trabajo se exponen las características principales de la turbina, sus componentes y su principio de funcionamiento. Posteriormente se hace una descripción de las investigaciones y aportes de mayor relevancia de cada estudio. Luego se hace un análisis del uso y aplicación de la turbina Michell-Banki y las oportunidades de aprovechamiento en el territorio colombiano con el objetivo de proveer el recurso energético a zonas que carecen del servicio y que cuentan con el recurso hídrico. Finalmente se describen las consideraciones más importantes a tener en cuenta para el diseño de este tipo de turbinas