Análisis de la interacción del rotor con la dinámica de la superficie libre de una turbina de vórtice gravitacional

La presente investigación tiene como objetivo primordial evaluar la interacción transitoria entre la superficie libre de agua y el rotor de una turbina de vórtice gravitacional (GWVT), un sistema reconocido como Fuente No Convencional de Energía Renovable (FNCER). Este trabajo aborda simulaciones ta...

Full description

Autores:
Ortíz Arias, Daniel
Tipo de recurso:
Fecha de publicación:
2023
Institución:
Universidad Autónoma de Occidente
Repositorio:
RED: Repositorio Educativo Digital UAO
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:red.uao.edu.co:10614/15260
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/10614/15260
https://red.uao.edu.co/
Palabra clave:
Movimiento de rotación
Energía hidráulica
Rotational motion
Water-power
Turbina de vórtice gravitacional (GWVT)
Rotor de la turbina
Maestría en Sistemas Energéticos
Gravitational Vortex Turbine (GWVT)
Turbine Rotor
Rights
openAccess
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Derechos reservados - Universidad Autónoma de Occidente, 2023
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description La presente investigación tiene como objetivo primordial evaluar la interacción transitoria entre la superficie libre de agua y el rotor de una turbina de vórtice gravitacional (GWVT), un sistema reconocido como Fuente No Convencional de Energía Renovable (FNCER). Este trabajo aborda simulaciones tanto estacionarias como transitorias de un flujo turbulento que atraviesa el interior de la GWVT. Para llevar a cabo este estudio, se emplearon técnicas avanzadas de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) con el software ANSYS – CFX. El modelado CAD fue ejecutado utilizando SolidWorks. El análisis se centra en las dinámicas del flujo dentro de la turbina mientras se desplaza a través de sus distintas secciones. No obstante, el punto focal de la investigación recae en la detallada exploración de las interacciones entre la superficie libre del agua y el rotor de la turbina. Se procedió a validar y comparar los resultados obtenidos frente a investigaciones previas Nishi y Terumi (2017), Asimismo, se llevó a cabo un análisis de la influencia de diferentes modelos de turbulencia en los resultados, detallando la sensibilidad del caso a la rigurosidad de los distintos métodos. En adición a las configuraciones estándar de la GWVT, se incluyó la evaluación de una turbina Kaplan con el propósito de analizar su eficiencia. Se observó una alta complejidad computacional en términos generales, junto con un notable incremento en los valores de rendimiento para la configuración de referencia (Flujo Cruzado), con generaciones de potencia alcanzando hasta diez veces la magnitud de otras configuraciones evaluadas. Este estudio, en línea con los objetivos planteados, proporciona una evaluación exhaustiva de la interacción entre la superficie libre de agua y el rotor de una turbina de vórtice gravitacional, aportando valiosas perspectivas para el diseño y desarrollo de sistemas de energía renovable no convencionales.
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Comparison of cylindrical and conical basins with optimum position of runner: Gravitational water vortex power plant. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 48, 662-669. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.04.030 Dhakal, S., Timilsina, A. B. Dhakal, R., Fuyal, D., Bajracharya, T. R., Pandit H. P., Amatya, N. (s.f.). Mathematical modeling, design optimization and experimental verification of conical basin: Gravitational water vortex power plant. World’s largest hydro conference, at Portland, OR, USA, DOI:10.13140/RG.2.1.1762.0083 Gaden, D. L. F. (2007). An investigation of river kinetic turbines: performance enhancements, turbine modelling techniques, and an assessment of turbulence models. [Tesis de Maestría University of Manitoba]. http://hdl.handle.net/1993/2845 Guevara Muñoz, A. J. (2019). Efecto del diámetro de salida en un tanque cónico en la eficiencia de una Turbina de Vórtice Gravitacional para pico-generación. [Tesis de pregrado Instituto Tecnológico Metropolitano]. 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spelling Laín Beatove, Santiagovirtual::2594-1López Mejía, Omar Darío, codirectorOrtíz Arias, DanielUniversidad Autónoma de OccidenteFranco Guzmán, Ediguer Enriquevirtual::1830-1Quintero Arboleda, Brian2024-02-26T12:58:53Z2024-02-26T12:58:53Z2023-11-02Ortiz Arias, D. (2023). Análisis de la interacción del rotor con la dinámica de la superficie libre de una turbina de vórtice gravitacional. (Tesis). Universidad Autónoma de Occidente. Cali. Colombia. https://hdl.handle.net/10614/15260https://hdl.handle.net/10614/15260Universidad Autónoma de OccidenteRespositorio Educativo Digital UAOhttps://red.uao.edu.co/La presente investigación tiene como objetivo primordial evaluar la interacción transitoria entre la superficie libre de agua y el rotor de una turbina de vórtice gravitacional (GWVT), un sistema reconocido como Fuente No Convencional de Energía Renovable (FNCER). Este trabajo aborda simulaciones tanto estacionarias como transitorias de un flujo turbulento que atraviesa el interior de la GWVT. Para llevar a cabo este estudio, se emplearon técnicas avanzadas de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) con el software ANSYS – CFX. El modelado CAD fue ejecutado utilizando SolidWorks. El análisis se centra en las dinámicas del flujo dentro de la turbina mientras se desplaza a través de sus distintas secciones. No obstante, el punto focal de la investigación recae en la detallada exploración de las interacciones entre la superficie libre del agua y el rotor de la turbina. Se procedió a validar y comparar los resultados obtenidos frente a investigaciones previas Nishi y Terumi (2017), Asimismo, se llevó a cabo un análisis de la influencia de diferentes modelos de turbulencia en los resultados, detallando la sensibilidad del caso a la rigurosidad de los distintos métodos. En adición a las configuraciones estándar de la GWVT, se incluyó la evaluación de una turbina Kaplan con el propósito de analizar su eficiencia. Se observó una alta complejidad computacional en términos generales, junto con un notable incremento en los valores de rendimiento para la configuración de referencia (Flujo Cruzado), con generaciones de potencia alcanzando hasta diez veces la magnitud de otras configuraciones evaluadas. Este estudio, en línea con los objetivos planteados, proporciona una evaluación exhaustiva de la interacción entre la superficie libre de agua y el rotor de una turbina de vórtice gravitacional, aportando valiosas perspectivas para el diseño y desarrollo de sistemas de energía renovable no convencionales.This research aims to primarily assess the transient interaction between the free water Surface and the rotor of a Gravitational Vortex Turbine (GWVT), acknowledged as renewable sources of energy. The study encompasses both stationary and transient simulations of turbulent flow within the GWVT. Advanced Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques were employed, utilizing Ansys – CFX software, while Computer-Aided Design (CAD) modeling was executed using SolidWorks. The analysis centers on flow dynamics within the turbine as it traverses its distinct sections. However, the focal point of the investigation lies in the meticulous examination of interactions between the free water surface and the turbine rotor. Validation and comparison of results were conducted against prior studies (Nishi y Terumi, 2017). Furthermore, an analysis was undertaken to gauge the influence of various turbulence models, elucidating the case's sensitivity to the rigor of different methods. In addition to standard GWVT configurations, an assessment of a Kaplan turbine was included to scrutinize its efficiency. General computational complexity was observed, accompanied by a notable surge in performance values for the reference configuration (Cross Flow), yielding power generations up to tenfold greater than other evaluated configurations. Aligned with the outlined objectives, this study provides a comprehensive evaluation of the interaction between the free water surface and the GWVT rotor, offering valuable insights for the design and development of unconventional renewable energy systemsTesis (Magister en Sistemas Energéticos)-- Universidad Autónoma de Occidente, 2023MaestríaMagíster en Sistemas Energéticos65 páginasapplication/pdfspaUniversidad Autonoma de OccidenteMaestría en Sistemas EnergéticosFacultad de IngenieríaCaliDerechos reservados - Universidad Autónoma de Occidente, 2023https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2Análisis de la interacción del rotor con la dinámica de la superficie libre de una turbina de vórtice gravitacionalTrabajo de grado - MaestríaTextinfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://purl.org/redcol/resource_type/TMinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85Movimiento de rotaciónEnergía hidráulicaRotational motionWater-powerTurbina de vórtice gravitacional (GWVT)Rotor de la turbinaMaestría en Sistemas EnergéticosGravitational Vortex Turbine (GWVT)Turbine RotorAbbott. 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Patente WO2004061295A2. 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