Publicación: Diseño de turbina hidráulica para cabezas de presión y caudal bajos
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Resumen en español
RESUMEN: en el presente trabajo de grado se desarrolló una propuesta de diseño para una turbina destinada a bajas cabezas de presión y caudal, utilizando metodologías de diseño y experimentación a pequeña escala, basadas en principios de mecánica de fluidos. Además, se utilizaron herramientas de software computacional, como Fusion 360 para el diseño y la simulación de elementos finitos, y CFD para la simulación del flujo. En la primera fase del trabajo, se realizó una búsqueda de información sobre tecnologías existentes y bases científicas relevantes para las variables consideradas en el análisis del comportamiento del agua. Esto tuvo como objetivo aclarar los conceptos fundamentales y establecer criterios para interpretar los futuros resultados de las simulaciones de fluido computacional. Una vez definidos los conceptos en el marco teórico, se procedió a establecer los límites de operación de la turbina, basados en datos proporcionados por un canal artificial y el comportamiento de una fuente real de agua. Posteriormente, se propusieron diferentes conceptos para satisfacer las necesidades específicas de la turbina. Estos conceptos fueron evaluados mediante la construcción y prueba de prototipos, los cuales se fabricaron mediante impresión 3D y se probaron en el canal de hidráulica del laboratorio de hidráulica de la universidad EIA. El prototipo seleccionado fue evaluado bajo las condiciones del canal de hidráulica y otras condiciones extrapoladas, considerando el comportamiento del canal real mencionado anteriormente. Estas condiciones se utilizaron como entradas en el análisis CFD, cuyos resultados sirvieron como entrada para la simulación de elementos finitos. Los resultados de las simulaciones indicaron una respuesta favorable en términos de la integridad y el funcionamiento de la turbina bajo los regímenes de flujo propuestos.
Resumen en inglés
ABSTRACT: in this thesis, a design proposal was developed for a turbine intended for low head pressure and flow, using design methodologies and small-scale experimentation based on fluid mechanics principles. Additionally, computational software tools such as Fusion 360 for design and finite element simulation, and CFD for flow simulation, were utilized. In the first phase of the work, a search for information on existing technologies and relevant scientific bases was conducted for the variables considered in the analysis of water behavior. This aimed to clarify fundamental concepts and establish criteria for interpreting future results of computational fluid simulations Once the concepts were defined in the theoretical framework, the operational limits of the turbine were established, based on data provided by an artificial channel and the behavior of a real water source. Subsequently, different concepts were proposed to meet the specific needs of the turbine. These concepts were evaluated through the construction and testing of prototypes, which were manufactured using 3D printing and tested in the hydraulic channel of the hydraulic laboratory at EIA University. The selected prototype was evaluated under the conditions of the hydraulic channel and other extrapolated conditions, considering the behavior of the aforementioned real channel. These conditions were used as inputs in the CFD analysis, whose results served as input for the finite element simulation. The simulation results indicated a favorable response in terms of the integrity and performance of the turbine under the proposed flow regimes.