Diseño y optimización de un arreglo de turbinas hidrocinéticas de eje vertical tipo Gorlov para generación de energía

Abstract

RESUMEN : Las Zonas no interconectadas de Colombia (ZNI) se presentan como un escenario para dar los primeros pasos hacia la producción de energía limpia; Pues son zonas que se caracterizan por su riqueza de recursos naturales, por lo que sería posible la investigación, desarrollo e implementación de sistemas de generación eléctrica, que además de contribuir con la generación de energía limpia, serán promotores de equidad social. En este orden de ideas, la investigación reportada en este documento se enfocó en diseñar y optimizar mediante: i). simulaciones numéricas en software CFD usando la herramienta 6-dof. ii). Métodos de optimización como la superficie de respuesta iii). Pruebas experimentales llevadas a cabo en laboratorio y en escenarios naturales, un arreglo de turbinas hidrocinéticas de eje vertical tipo Gorlov para generación de energía y se analizó posteriormente la implementación de difusores en el arreglo optimizado, logrando un sistema eficiente y con bajos costos de fabricación y mantenimiento; lo anterior teniendo en cuenta la disponibilidad del recurso hídrico presente en los principales ríos de Colombia y la demanda energética de un hogar conformado por las personas que habitan las zonas no interconectadas de Colombia. Se pudo concluir que uno de los parámetros de gran relevancia para el diseño de los sistemas denominados arreglos o granjas hidrocinéticas son las distancias de separación entre rotores a lo largo y ancho de la corriente de fluido, en este caso se consideró diseñar una configuración de arreglo hidrocinético en forma triangular o Triframe, equipado con 3 turbinas tipo Gorlov que poseían 4 álabes. El diseño y posterior optimización del arreglo hidrocinético arrojo como resultado, las distancias de separación en función del diámetro D de los 3 rotores analizados y entre estas se tienen 15.9672 D a lo largo de la corriente de fluido y 4.15719 D a lo ancho de la misma. Posteriormente, se pudo determinar además un incremento cercano al 32% para la potencia total capturada por las turbinas que dan forma al arreglo hidrocinético cuando estas hacen uso de un dispositivo denominado difusor, el cual direcciona el flujo de fluido hacia la turbina y aumenta la velocidad del mismo. Finalmente se logró construir y caracterizar experimentalmente un modelo a escala del arreglo hidrocinético en un ambiente natural, como lo fue una porción de la quebrada tempranos ubicada en la periferia del municipio del Retiro en el departamento de Antioquia.