Desarrollo de una herramienta de dimensionamiento paramétrico de turbinas pelton enfocada a PCH’S
La riqueza hídrica colombiana proporciona un potencial privilegiado para el desarrollo de proyectos de generación de energía eléctrica. Este potencial ha sido ampliamente explorado en proyectos de gran envergadura (construcción de grandes hidroeléctricas), mientras que, con frecuencia, los proyectos...
- Autores:
-
Niño Caballero, Javier Camilo
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2019
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
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La riqueza hídrica colombiana proporciona un potencial privilegiado para el desarrollo de proyectos de generación de energía eléctrica. Este potencial ha sido ampliamente explorado en proyectos de gran envergadura (construcción de grandes hidroeléctricas), mientras que, con frecuencia, los proyectos de pequeña escala carecen de un análisis técnico apropiado, descuidando características ingenieriles indispensables en el dimensionamiento de la turbina. Así, con el objeto de aprovechar energética y eficientemente este recurso, en el presente trabajo se desarrolla una herramienta computacional paramétrica que construya un modelado 3D en SolidWorks de una turbina Pelton para potencias desde 1 KW hasta 10 MW, a partir de únicamente tres parámetros de entrada (Caudal, Altura y Polos del generador), proporcionando una alternativa que se adapte a las necesidades del usuario. Por medio de múltiples escenarios, tomando el Escenario UNAB como referencia, se establecieron las variaciones en la geometría según los cambios en los parámetros de entrada, encontrando que: la altura varía proporcionalmente al número de cucharas y a las dimensiones geométricas del rodete, e inversamente a las dimensiones geométricas de la cuchara; el caudal varía proporcionalmente al número de toberas y a las dimensiones geométricas de la cuchara, e inversamente a las dimensiones geométricas del rodete; y el número de polos varía proporcionalmente al número de cucharas y a las dimensiones geométricas del rodete, pero no interfiere con la geometría de la cuchara. De esta manera, se determina la respuesta de la herramienta a la variación de los parámetros de entrada para que el usuario pueda modificarlos según sus requerimientos, obteniendo en cada caso una opción adecuada basada en metodologías comprobadas por la literatura |
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Parametric CAD Modeling. An Analysis of Strategies for Design Reusability. K. Subramanya, Hydraulic machines. New Delhi: McGraw Hill Education (India) Private, 2015. L. Hernández, A. Segura, W. Henao; Informe De Registro De Proyectos De Generación De Electricidad a marzo 2019 Las Fuentes, P. D. D. P. Formulación De Un Plan De Desarrollo Para Las Fuentes No Convencionales De Energía En Colombia (PDFNCE). Mehdi Tarkian. Design Reuse and Automation On High Level CAD Modeling for Multidisciplinary Design and Optimization Morales, S., Álvarez, C., Acevedo, C., Diaz, C., Rodriguez, M., & Pacheco, L. (2015). An overview of small hydropower plants in Colombia: Status, potential, barriers and perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 50, 1650-1657. Morales, S., Corredor, L., Paba, J. and Pacheco, L. (2014). Stages in the development of a small hydropower project: Context and implementation basic criteria. DYNA, 81(184), p.178. Nasir, Bilal. (2013). 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Este potencial ha sido ampliamente explorado en proyectos de gran envergadura (construcción de grandes hidroeléctricas), mientras que, con frecuencia, los proyectos de pequeña escala carecen de un análisis técnico apropiado, descuidando características ingenieriles indispensables en el dimensionamiento de la turbina. Así, con el objeto de aprovechar energética y eficientemente este recurso, en el presente trabajo se desarrolla una herramienta computacional paramétrica que construya un modelado 3D en SolidWorks de una turbina Pelton para potencias desde 1 KW hasta 10 MW, a partir de únicamente tres parámetros de entrada (Caudal, Altura y Polos del generador), proporcionando una alternativa que se adapte a las necesidades del usuario. Por medio de múltiples escenarios, tomando el Escenario UNAB como referencia, se establecieron las variaciones en la geometría según los cambios en los parámetros de entrada, encontrando que: la altura varía proporcionalmente al número de cucharas y a las dimensiones geométricas del rodete, e inversamente a las dimensiones geométricas de la cuchara; el caudal varía proporcionalmente al número de toberas y a las dimensiones geométricas de la cuchara, e inversamente a las dimensiones geométricas del rodete; y el número de polos varía proporcionalmente al número de cucharas y a las dimensiones geométricas del rodete, pero no interfiere con la geometría de la cuchara. De esta manera, se determina la respuesta de la herramienta a la variación de los parámetros de entrada para que el usuario pueda modificarlos según sus requerimientos, obteniendo en cada caso una opción adecuada basada en metodologías comprobadas por la literaturaINTRODUCCIÓN 11 1. OBJETIVOS 13 1.1 OBJETIVO GENERAL 13 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 13 2. METODOLOGÍA 14 2.1 DESARROLLO DE METODOLOGÍA PARA DIMENSIONAMIENTO DE TURBINA PELTON 14 2.2 FASE 2. ELABORACIÓN DEL ALGORITMO DE MODELADO CAD 15 2.3 FASE 3. PROGRAMACIÓN DE LA MACRO PARAMETRIZADA 15 3. MARCO TEÓRICO 16 3.1. CONTEXTO DE LAS PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS EN COLOMBIA 16 3.2. TURBINAS HIDRÁULICAS 21 3.3. DISEÑO CAD Y DISEÑO PARAMÉTRICO 27 3.4. API SOLIDWORKS 29 4. DESARROLLO DEL PROYECTO 31 4.1. CAUDAL Y ALTURA DE DIMENSIONAMIENTO 31 4.2. VELOCIDAD SÍNCRONA 34 4.3. VELOCIDAD ESPECÍFICA 34 4.4. DIÁMETRO DEL CHORRO 35 4.5. NÚMERO DE TOBERAS Y JET RATIO 37 4.6. NÚMERO DE CUCHARAS 38 4.7. ECUACIONES DE DIMENSIONAMIENTO 38 4.8. DIBUJO CAD 3D EN SOLIDWORKS 41 4.9. INTERFAZ GRÁFICA 49 5. RESULTADOS DEL PROYECTO 50 5.1. ESCENARIO UNAB 50 5.2. ESCENARIO 1 52 5.3. ESCENARIO 2 54 5.4. ESCENARIO 3 57 5.5. CARACTERÍSTICAS DE LA HERRAMIENTA 59 CONCLUSIONES 61 RECOMENDACIONES 63 BIBLIOGRAFÍA 64PregradoColombian water resources provides a privileged potential for the development of electric power projects. This potential has been widely explored in large-scale projects (construction of large hydroelectric power plants), while often, small-scale projects lack appropriate technical analysis, neglecting indispensable engineering features in dimensioning of turbines. In order to utilize this resource energetically and efficiently, the present research work develops a parametric computational tool that builds a 3D modeling in SolidWorks of a Pelton turbine from 1 KW to 10 MW, using only three parameters of entrance (Flow, Height and Poles of the generator), providing an alternative that suits the user's needs. By means of multiple scenarios, taking the UNAB Scenario as a reference, the variations in the geometry were established according to the changes in the input parameters. Finding that: the height varies proportionally to the number of buckets and to the geometrical dimensions of the runner. However, it varies inversely to geometric dimensions of buckets; Flow varies proportionally to the number of nozzles and to geometrical dimensions of buckets. Nevertheless, it varies inversely to geometrical dimensions of the runner; and number of poles varies proportionally to number of buckets and to geometrical dimensions of the runner, but does not interfere with geometry of buckets. In this way, the response of the tool to the variation of the input parameters is determined so that the user can modify them according to their requirements, obtaining in each case a suitable option based on methodologies checked by the literatureModalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaDesarrollo de una herramienta de dimensionamiento paramétrico de turbinas pelton enfocada a PCH’SDevelopment of a PCH’S parametric sizing tool for pelton turbinesIngeniero en EnergíaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPEnergy engineeringSolidWorksPelton TurbineParameterizationVBAHydroelectric generatorsHydraulic machineryInnovaciones tecnológicasTurbinas hidráulicasGeneradores hidroeléctricosMáquinas hidráulicasIngeniería en energíaSolidWorksTurbinas PeltonParametrizaciónVBA"2018 Ayuda de instalación de SOLIDWORKS - Requisitos previos y del sistema", Help.solidworks.com, 2019. [Online]. Available: http://help.solidworks.com/2018/spanish/Installation/install_guide/c_viz_prereqs_system_reqs.htm"2018 Ayuda de SOLIDWORKS - API de SOLIDWORKS", Help.solidworks.com, 2019. [Online]. Available: http://help.solidworks.com/2018/spanish/SolidWorks/sldworks/c_solidworks_api.htm."2018 Ayuda de SOLIDWORKS - API de SOLIDWORKS", Help.solidworks.com, 2019. [Online]. Available: http://help.solidworks.com/2018/spanish/SolidWorks/sldworks/c_solidworks_api.htm.A. Bulu, Hydraulic lectura notes. İstanbul: Okan Üniversitesi.A. Viedma Robles and B. Zamora Parra, Teoría y problemas de máquinas hidráulicas. Cartagena: Horacio Escarabajal Ediciones, 2008.Bakken, T. H., Sundt, H., Ruud, A., & Harby, A. (2012). Development of small versus large hydropower in Norway–comparison of environmental impacts. Energy Procedia.Barnes.com.co, 2019. [Online]. Available: http://www.barnes.com.co/wp-content/uploads/2018/11/Ficha-QE-3-75-100-150.pdf.Bustamante Cabrera, E. J., & Arias Reyes, C. P. 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Departamento de Ingeniería Eléctrica y Energética: Universidad de CantabriaEdinger, Gernot & Bauer, Chrisitan & Gaschl, Josef & Mack, Reiner. (2010). Investigations on jet brake systems in pelton turbines.Fabiola Castillo Castro. Prefactibilidad técnico-económica de instalar una microcentral hidroeléctrica en el fundo “Los Pinos”. 2014García, H., & Nava, A. Selección y dimensionamiento de turbinas hidráulicas para centrales hidroeléctricas. Selección y dimensionamiento de turbinas hidráulicas para centrales hidroeléctricas.Gil Zapata, M. M., Smith Quintero, R. A., & Angel Robledo, W. Análisis de inversión en pequeñas centrales hidroeléctricasHAP – Best Practice Catalog – Pelton Turbine Rev. 2.0, 07/24/2012 2 Prepared by MESA. ASSOCIATES, INCHazem Diarbakrli. Parametric Design In Representation Contemporary Architecture.Jorge D. Camba, Manuel Contero, Pedro Company. Parametric CAD Modeling. An Analysis of Strategies for Design Reusability.K. Subramanya, Hydraulic machines. 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