Diseño, simulación, fabricación y caracterización de una turbina tipo Pelton de 5 kW

Abstract

RESUMEN: Se presenta la metodología empleada para la construcción de un microgenerador hidráulico de 5 kW con turbinatipo Pelton. Para unas condiciones de operación (cabeza hidráulica y caudal) y a partir de una base teóricoexperimental,se modelaron los componentes con ayuda de herramientas computacionales tipo CAD (Diseñoasistido por computador), CAE (Ingeniería asistida por computador) y CFD (Análisis computacional fluidodinámico).Posteriormente, se empleó un software CAM (Manufactura asistida por computador) y procesos defundición para la fabricación de los componentes del microgenerador. Por último, y con el fin de validar el diseño,se realizó la caracterización del microgenerador mediante pruebas en el Laboratorio del Grupo de Investigaciónde Energía Alternativa de la Universidad de Antioquia. A partir de las pruebas realizadas, fue posible cuantificar laeficiencia de la turbina Pelton, encontrar la relación óptima entre la apertura del inyector y la potencia generada, lavelocidad óptima de operación, la eficiencia global del microgenerador y las condiciones hidráulicas en las cuales elmicrogenerador puede ser utilizado, brindando la mayor eficiencia de generación de energía eléctrica

ABSTRACT: It is presented the methodology for the construction of a 5 kW hydraulic microgenerator, with a Pelton turbine. For a given operating conditions (hydraulic head and flow) and from a theoretical and experimental basis, the different components were modeled using computational tools such as CAD (Computer Aided Design), CAE (Computer Aided Engineering) and CFD (Computer Fluid Dynamics). Subsequently, it was used a CAM (Computer Aided Manufactured) software and casting processes for manufacturing the components of the microgenerator. Finally, and in order to validate the design, characterization was performed by testing the microgenerator in the Laboratory of Alternative Energy Research Group at the Universidad de Antioquia. From the tests performed, it was possible to quantify the efficiency of the Pelton turbine, to find the optimum ratio between the opening of the nozzle and the generated power, the optimum speed of operation, the overall efficiency of the microgenerator and the hydraulic conditions in which the microgenerator can be used providing an optimal efficiency of electric power generation.