Diseño y simulación de un sistema pico-hydro para la generación de energía eléctrica en zonas rurales, mediante un software de mecánica de fluidos computacional

• Illidge-Araujo, Jorge Mario ^[1] ; Chacon-Velasco, Jorge Luis ^[1] ; Chacon-Velasco, Angel José ^[3] ; Romero-Piehadraita, Carlos ^[2]
  1. [1] Universidad Industrial de Santander

     Universidad Industrial de Santander

     Colombia

     
  2. [2] Universidad Tecnológica de Pereira

     Universidad Tecnológica de Pereira

     Colombia

     
  3. [3] Universidad Pedagógica y Tecnológica

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• Localización: Revista UIS Ingenierías, ISSN-e 2145-8456, ISSN 1657-4583, Vol. 19, Nº. 1 (Enero-marzo), 2020, págs. 155-170
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Design and simulation of a pico-hydro system for the generation of electrical energy in rural areas, through a computational fluid mechanics software
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• Resumen
  • español

    En este artículo se presenta un procedimiento para el diseño de todos los componentes de un sistema pico-hydro, a partir de una turbina hidráulica tipo hélice de acuerdo a las condiciones específicas del potencial del agua para un sitio estimado de operación basado en un análisis teórico y técnico. Para este fin, las principales características del rodete se determinan por medio de correlaciones estadísticas de diferentes autores que han estudiado turbinas instaladas alrededor del mundo, y definiendo restricciones para el diseño tales como el salto de la turbina, el caudal nominal y la potencia requerida, a partir de los datos mencionados anteriormente, se establece el valor de todas las variables relacionadas con el comportamiento del fluido en su paso por el rodete y a partir del valor de dichas variables y de la geometría establecida para el rodete, se procede a determinar la geometría y las especificaciones de los demás componentes del sistema pico-hydro tales como la cámara espiral, el tubo de aspiración, el generador y el distribuidor, para el cual se estudiaron dos tipos que son un distribuidor de entrada axial del fluido y otro de entrada radial del fluido con respecto al eje de rotación de la turbina. Para la verificación del diseño y de los resultados esperados, se utiliza una herramienta moderna de ingeniería como lo es la dinámica de fluidos computacional (CFD), en especial el componente (CFX) para predecir el flujo y el rendimiento que puede arrojar el sistema diseñado. Por último se procede a realizar un análisis técnico-económico para estudiar la viabilidad de implementar este tipo de sistemas en una zona rural.

  • English

    In this article is present the procedure for the design of all components of a pico-hydro system, is designed a pico hydraulic propeller turbine according to the specific condition of water potential to an estimated site of operation based on a theoretical and technical analysis. For this purpose, the main characteristics of the runner are determined for medium of statistics correlations of different designs of turbine around the world, and defining restrictions for the design such as turbine head, nominal rate flow and power required, from the data mentioned above, the value of all the variables related to the behavior of the fluid in its passage through the impeller is established and from the value of said variables and the geometry established for the impeller, the geometry is determined and the specifications of the other components of the pico-hydro system such as the spiral chamber, the suction tube, the generator and the distributor, for which two types were studied, which are a distributor of axial input of the fluid and another radial input of the fluid with respect to the axis of rotation of the turbine. For the verification of the design and expected results, a modern engineering tool is used, such as computational fluid dynamics (CFD), especially the component (CFX) to predict the flow and performance that the designed system can produce. Finally, a technical-economic analysis is carried out to study the feasibility of implementing this type of systems in a rural area.

      The design of the present pico-hydro system and the contribution of computational fluid dynamics CFD, can be a viable alternative to meet the demands of electricity in a rural area that does not have this service by the supply networks responsible for this function.