Evaluación de prototipos de rotores de turbinas hidrocinéticas de eje horizontal con diferentes perfiles hidrodinámicos con posible aplicación en picogeneración

Abstract

Las poblaciones a las orillas del Rio Atrato en el departamento del Chocó han sido afectadas de manera directa por el conflicto armado en Colombia, además la falta de energía eléctrica en más de 24.000 hogares del departamento y el reducido número de horas de servicio en el resto de las Zonas No Interconectadas (ZNI) se asocian a los altos índices de pobreza. Fuentes alternativas como las turbinas hidrocinéticas pueden mejorar las condiciones de energía eléctrica en estas zonas con un bajo impacto ambiental, pero al ser una tecnología emergente debe ser más estudiada para entender de una mejor manera su fenomenología y posibles incrementos en su rendimiento. La evaluación numérica y experimental de rotores en condiciones específicas de operación dependiendo el perfil hidrodinámico dejan como resultado curvas de eficiencia para los prototipos evaluados que aprovechen al máximo las condiciones de flujo de un determinado lugar. Teniendo en cuenta lo anterior el objetivo principal de esta tesis fue evaluar numérica y experimentalmente tres prototipos de rotores de turbinas hidrocinéticas de eje horizontal con diferentes perfiles hidrodinámicos (NACA 4412, EPPLER E817 y NREL S802) para una velocidad de flujo de 1,4 m s-1. Inicialmente se diseñaron tres rotores, cada uno con un perfil hidrodinámico diferente, estos fueron utilizados para la evaluación numérica. Las simulaciones se hicieron por medio de la dinámica de fluidos computacional, se utilizó el modelo turbulencia k-ω SST y la variable que se obtuvo fue el par de torsión. Para la experimentación se utilizaron los rotores hechos por medio de manufactura aditiva, estos se evaluaron en el banco de pruebas del ITM, donde se realizaron ensayos a velocidades cercanas a 1,4 m s-1 y se varió el voltaje de frenado para tomar medidas de par de torsión a diferentes RPM. Finalmente se crearon las curvas experimentales y numéricas de coeficiente de potencia (CP) contra la velocidad de punta del álabe (TSR). Los resultados de simulación y experimentales muestran que el rotor hecho con el perfil EPPLER E817 tuvo un mejor comportamiento que los otros dos.