Caracterización Hidrodinámica de una Turbina Hidroquinética de Tipo Garman
Autores: Laín, Santiago; Contreras, Leidy T.; López, Omar D.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Caracterización Hidrodinámica de una Turbina Hidroquinética de Tipo Garman
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Turbina hidrodinámica
ángulo de inclinación
Coeficiente de par
Coeficiente de fuerza
Velocidad angular de la turbina
Relaciones de velocidad en la punta
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Este documento presenta un estudio numérico de los efectos del ángulo de inclinación del eje de rotación de la turbina con respecto a la dirección del flujo principal sobre el rendimiento de un prototipo de turbina hidrocinética del tipo Garman. En particular, se evalúan los coeficientes de par y fuerza en función de la velocidad angular de la turbina y el ángulo de operación del eje respecto a la dirección del flujo principal. Para lograr este objetivo, se realizan simulaciones transitorias utilizando un solucionador comercial (ANSYS-Fluent v. 19). Las características turbulentas del flujo se modelan mediante el modelo de turbulencia transicional de transporte de tensión cortante (SST), y los resultados se comparan con los obtenidos con su versión básica (es decir, no transicional), que en adelante se denomina estándar. Se presenta el comportamiento de los coeficientes de potencia y fuerza para las diversas relaciones de velocidad de punta consideradas. Se analizan los coeficientes de presión y fricción en la piel de las palas a cada velocidad angular de la turbina calculada mediante gráficos de contorno y perfiles bidimensionales. Además, se examinan en detalle las contribuciones de presión y viscosidad al par y las fuerzas experimentadas por la turbina hidrocinética. Se demuestra que la razón detrás de las predicciones más altas del coeficiente de potencia del modelo de turbulencia transicional, cercano al 6% en eficiencia máxima, respecto a su contraparte estándar, es la menor contribución de par viscoso calculada en el primero. Como resultado, el coeficiente de potencia de la turbina inclinada es de alrededor del 35% frente al 45% obtenido para la turbina con su eje de rotación paralelo a la dirección del flujo.
Descripción
Este documento presenta un estudio numérico de los efectos del ángulo de inclinación del eje de rotación de la turbina con respecto a la dirección del flujo principal sobre el rendimiento de un prototipo de turbina hidrocinética del tipo Garman. En particular, se evalúan los coeficientes de par y fuerza en función de la velocidad angular de la turbina y el ángulo de operación del eje respecto a la dirección del flujo principal. Para lograr este objetivo, se realizan simulaciones transitorias utilizando un solucionador comercial (ANSYS-Fluent v. 19). Las características turbulentas del flujo se modelan mediante el modelo de turbulencia transicional de transporte de tensión cortante (SST), y los resultados se comparan con los obtenidos con su versión básica (es decir, no transicional), que en adelante se denomina estándar. Se presenta el comportamiento de los coeficientes de potencia y fuerza para las diversas relaciones de velocidad de punta consideradas. Se analizan los coeficientes de presión y fricción en la piel de las palas a cada velocidad angular de la turbina calculada mediante gráficos de contorno y perfiles bidimensionales. Además, se examinan en detalle las contribuciones de presión y viscosidad al par y las fuerzas experimentadas por la turbina hidrocinética. Se demuestra que la razón detrás de las predicciones más altas del coeficiente de potencia del modelo de turbulencia transicional, cercano al 6% en eficiencia máxima, respecto a su contraparte estándar, es la menor contribución de par viscoso calculada en el primero. Como resultado, el coeficiente de potencia de la turbina inclinada es de alrededor del 35% frente al 45% obtenido para la turbina con su eje de rotación paralelo a la dirección del flujo.