Estudio Experimental y Optimización 3D de una Turbina Radial Pequeña Alimentada por Energía Solar Utilizando Tecnología de Impresión 3D
Autores: Daabo, Ahmed M.; Hassan, Ali Abdelhafeez; Bashir, Muhammad Anser; Hamza, Hudhaifa; Salim, Shahad; Koprulu, Aisha; Badawy, Tawfik; Mahmoud, Saad; Al-Dadah, Raya
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Estudio Experimental y Optimización 3D de una Turbina Radial Pequeña Alimentada por Energía Solar Utilizando Tecnología de Impresión 3D
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Turbinas a pequeña escala
Análisis de rendimiento estructural
Métodos de elementos finitos
Dinámica de fluidos computacional
Turbina radial
Tecnología de impresión 3D
Modelo de aerodinámica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 32
Citaciones: Sin citaciones
Las turbinas de pequeña escala (SST) se encuentran entre las tecnologías más importantes que permiten la extracción de energía en los sistemas de producción de energía doméstica. Sin embargo, debido a las fuerzas centrífugas, la alta velocidad de rotación de las SST causa tensiones excesivas en las porciones aerodinámicas de las palas de la turbina. En este artículo, se proporciona un análisis del rendimiento estructural combinando métodos de elementos finitos (FEM) con dinámica de fluidos computacional (CFD). El objetivo principal fue examinar las tensiones mecánicas de una turbina radial de pequeña escala (SSRT) construida utilizando tecnología de impresión 3D y un nuevo material plástico, RGD 525, para construir experimentalmente un modelo de SSRT. Después de introducir un modelo aerodinámico de turbina adecuado, el ensamblaje de la turbina y las cargas relacionadas se tradujeron a un modelo estructural. Posteriormente, se realizó un análisis estructural bajo diversas situaciones de carga para determinar la influencia de diferentes valores de velocidad de rotación y formas de palas en la distribución de tensiones y desplazamiento. Según los hallazgos de esta investigación, las tensiones máximas de von Mises y las tensiones principales máximas se ven significativamente afectadas tanto por la velocidad de rotación del rotor como por la temperatura de entrada del fluido de trabajo. La deformación máxima permitida, por otro lado, fue más influenciada por la velocidad de rotación, mientras que la vida útil máxima permitida por fatiga fue más influenciada por la velocidad de rotación y la temperatura de entrada del fluido. Además, la región del borde de la cubierta en el rotor tuvo valores de deflexión mayores del 21% del ancho de la punta de la pala.
Descripción
Las turbinas de pequeña escala (SST) se encuentran entre las tecnologías más importantes que permiten la extracción de energía en los sistemas de producción de energía doméstica. Sin embargo, debido a las fuerzas centrífugas, la alta velocidad de rotación de las SST causa tensiones excesivas en las porciones aerodinámicas de las palas de la turbina. En este artículo, se proporciona un análisis del rendimiento estructural combinando métodos de elementos finitos (FEM) con dinámica de fluidos computacional (CFD). El objetivo principal fue examinar las tensiones mecánicas de una turbina radial de pequeña escala (SSRT) construida utilizando tecnología de impresión 3D y un nuevo material plástico, RGD 525, para construir experimentalmente un modelo de SSRT. Después de introducir un modelo aerodinámico de turbina adecuado, el ensamblaje de la turbina y las cargas relacionadas se tradujeron a un modelo estructural. Posteriormente, se realizó un análisis estructural bajo diversas situaciones de carga para determinar la influencia de diferentes valores de velocidad de rotación y formas de palas en la distribución de tensiones y desplazamiento. Según los hallazgos de esta investigación, las tensiones máximas de von Mises y las tensiones principales máximas se ven significativamente afectadas tanto por la velocidad de rotación del rotor como por la temperatura de entrada del fluido de trabajo. La deformación máxima permitida, por otro lado, fue más influenciada por la velocidad de rotación, mientras que la vida útil máxima permitida por fatiga fue más influenciada por la velocidad de rotación y la temperatura de entrada del fluido. Además, la región del borde de la cubierta en el rotor tuvo valores de deflexión mayores del 21% del ancho de la punta de la pala.