Desarrollo de una turbina biomimética en un hidrogenerador de cámaras de vórtice verticales (2025)
El impacto ambiental ocasionado por las fuentes no renovables de generación de ener- gía, tales como el carbón, el petróleo y el gas natural, ha impulsado la búsqueda de alternativas sostenibles que contribuyan a mitigar el cambio climático. Por esta ra- zón, y considerando el potencial hidroeléctrico de la región, se desarrolló y evaluó experi- mentalmente un hidrogenerador de doble cámara de vórtice vertical. Este dispositivo pue- de llegar a consolidarse como una alternativa viable de generación eléctrica en un futuro cercano, principalmente en aplicaciones que involucren corrientes fluviales, y en menor medida, corrientes oceánicas. El dispositivo fue conceptualizado tras una cuidadosa revisión literaria, adaptando sus di- mensiones y características a las condiciones experimentales del Laboratorio de Mecánica de Fluidos e Hidráulica de la Universidad del Valle. El hidrogenerador emuló la forma hi- drodinámica de los peces, reconocida por minimizar la resistencia hidrodinámica, lo que le confirió un carácter biomimético. Además, se incorporó un rodete con inspiración en los álabes en J de turbinas eólicas y en las turbinas de Gorlov, utilizando un perfil aero- dinámico GOE623. Tanto el hidrogenerador como los rodetes fueron fabricados mediante impresión 3D con una Ender 3V3-Plus, utilizando filamento de PLA. Se realizó una evaluación experimental del dispositivo con once caudales. El torque mecá- nico osciló entre 0.0020 ± 0.0001 N·m (a 233.3 ± 0.1 RPM) y 0.0117 ± 0.0009 N·m (a 458.8 ± 0.1 RPM). La potencia generada varió de 0.0489 ± 0.0037 W (a 233.3 ± 0.1 RPM) hasta 0.5628 ± 0.0422 W (a 458.8 ± 0.1 RPM). La eficiencia hidráulica creció con la velocidad, partiendo de 0.0489 ± 0.0037% en la velocidad mínima y alcanzando un máximo de 43.02 ± 3.23% a 458.8 ± 0.1 RPM. Cada uno de los análisis dimensionales realizados identificaron 15 grupos adimensionales cada uno, mediante el teorema Pi de Buckingham. De estos se destacaron el coeficiente de potencia (Cp ), el coeficiente de torque (CT ), el número de Reynolds (Re ), el coeficiente de velocidad de punta (λ) y el coeficiente de caudal (χ), pues los demás permanecieron estáticos ya que dependían exclusivamente de condiciones geométricas constantes. Los resultados revelaron que CT aumenta con λ sin mostrar límite visible, mientras que Cp y η caen al aumentar Re , reportándose un mínimo de Cp de 0.03 ± 0.0045 durante las veloci- dades de operación más altas (atribuyéndose de manera probable a efectos de separación de flujo y disipación de energía); en contraste, ambos aumentan con χ, donde Cp alcanza 0.39 ±. Por otro lado, también se evidenció que Cp es creciente con respecto a λ. Los anteriores resultados validaron tanto la funcionalidad como la viabilidad del dispositi- vo, presentándolo como una alternativa limpia de generación hidroeléctrica, especialmen- te en aplicaciones de corrientes fluviales.