Análisis experimental de la influencia del ángulo de torsión de los álabes de turbinas hidrocinéticas Darrieus helicoidales

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.4995/ia.2022.17696

Palabras clave:

microturbinas hidrocinéticas, corriente de agua, coeficiente de potencia, Darrieus

Resumen

Las turbinas hidrocinéticas se presentan como una alternativa futura para la obtención de energía de las corrientes de agua de manera sostenible. El aumento de eficiencia de dichas turbinas desde distintas aproximaciones constituye una línea de investigación en la que se están concentrado numerosos esfuerzos. Se presenta un estudio experimental donde se analiza la influencia del ángulo de torsión de los álabes en el funcionamiento de las turbinas hidrocinéticas de tipo Darrieus helicoidal. El estudio se realiza en el túnel de agua instalado en la Escuela Politécnica de Mieres (EPM, Universidad de Oviedo) que dispone de la instrumentación necesaria para obtener las características de evolución de la potencia producida con la velocidad de rotación para distintas condiciones de velocidad del flujo y bloqueo de la corriente. Se caracterizaron tres modelos de rotores de turbinas con distintos ángulos de torsión (30°, 45° y 60°), en condiciones de baja velocidad de corriente y bloqueo constante, pudiendo conocer las condiciones de máxima obtención de energía, con diferencias claras entre los casos ensayados. También se compararon los resultados con la potencia máxima que puede recuperarse de una corriente de agua, definida por el modelo del disco actuador para un flujo uniforme en canales, obteniendo máximos valores de eficiencia para el caso de 45° de ángulo de torsión.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Biografía del autor/a

Rodolfo Espina-Valdés, Universidad de Oviedo

Área de Ingeniería Hidráulica, Departamento de Energía, Escuela Politécnica de Mieres

Aitor Fernández-Jiménez, Universidad de Oviedo

Área de Ingeniería Hidráulica, Departamento de Energía, Escuela Politécnica de Mieres

Victor Manuel Fernández-Pacheco, Universidad de Oviedo

Área de Ingeniería Hidráulica, Departamento de Energía, Escuela Politécnica de Mieres

Ahmed Gharib-Yosry, Universidad de Port Said

Departamento de Energía Mecánica, Facultad de Ingeniería

Eduardo Álvarez-Álvarez, Universidad de Oviedo

Área de Ingeniería Hidráulica, Departamento de Energía, Escuela Politécnica de Mieres. Profesor Ayudante Doctor.

Areas de especialización:

- Generación hidráulica: avances en centrales hidráulicas, microgeneración, estudios de viabilidad.

- Modelos numéricos de simulación (Dinámica de Fluídos Computacional).

Citas

Álvarez-Álvarez, E., Rico-Secades, M., Corominas, E.L., Huerta-Medina, N., Soler-Guitarta, J. 2018. Design and control strategies for a modular hydroKinetic smart grid. International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 95, 137–145. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2017.08.019

Asr, M.T., Nezhad, E.Z., Mustapha, F., Wiriadidjaja, S. 2016. Study on start-up characteristics of H-Darrieus vertical axis wind turbines comprising NACA 4-digit series blade airfoils. Energy, 112, 528–537. https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.06.059

Betz, A. 1920. Das Maximum der theoretisch möglichen Ausnutzung des Windes durch Windmotoren. Zeitschrift für das gesamte Turbinenwes. 26, 307-309.

Bachant, P., Wosnik, M. 2015. Performance measurements of cylindrical- and spherical-helical cross-flow marine hydrokinetic turbines, with estimates of exergy efficiency. Renewable Energy, 74, 318–325. https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.07.049

Brun, P., Terme, L., Barillier, A. 2013. Paimpol-Bréhat: Development of the First Tidal Array in France. In: Marine Renewable Energy Handbook. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ USA, pp 279–310. https://doi.org/10.1002/9781118603185.ch9

Dhadwad, A., Balekar, A., Nagrale, P. 2014. Literature Review on Blade Design of Hydro-Microturbines. International Journal of Scientific & Engineering Research, 5, 72–75.

Divakaran, U., Ramesh, A., Mohammad, A., Velamati, R.K. Effect of helix angle on the performance of helical vertical axis wind turbine. Energies 2021;14:1–24. https://doi.org/10.3390/en14020393.

Espina-Valdés, R., Fernández-Jiménez, A., Fernández-Francos, J., Blanco-Marigorta, E., Álvarez-Álvarez, E. 2020. Small cross-flow turbine:Design and testing in high blockage conditions. Energy Conversion Management, 213, 112863. https://doi.org/10.1016/J.ENCONMAN.2020.112863

Gharib, A., Fernández-Jiménez, A., Álvarez-Álvarez, E., Marigorta, E.B. 2021. Design and characterization of a verticalaxis micro tidal turbine for low velocity scenarios. Energy Conversion Management, 237, 114144. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114144

Golecha, K., Eldho, T.I., Prabhu, S.V. 2012. Study on the interaction between two hydrokinetic Savonius turbines. I International Journal of Rotating Machinery, 2012, 581658. https://doi.org/10.1155/2012/581658

Goundar, J.N., Ahmed, M.R. 2014. Marine current energy resource assessment and design of a marine current turbine for Fiji. Renewable Energy, 65, 14-22. https://doi.org/10.1016/j.renene.2013.06.036

Houlsby, G.T.T., Draper, S., Oldfield, M.L.G. 2008. Application of Linear Momentum Actuator Disc Theory to Open Channel Flow by. Rep no OUEL 1–23.

Jayaram, V., Bavanish, B. 2021. A brief review on the Gorlov helical turbine and its possible impact on power generation in India. Materials Today: Proceedings, 37, 3343–3351. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.09.203

Kinsey, T., Dumas, G. 2017. Impact of channel blockage on the performance of axial and cross-flow hydrokinetic turbines. Renew Energy, 103, 239–254. https://doi.org/10.1016/J.RENENE.2016.11.021

Kolekar, N., Banerjee, A. 2015. Performance characterization and placement of a marine hydrokinetic turbine in a tidal channel under boundary proximity and blockage effects. Applied Energy, 148, 121–133. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.03.052

Lago, L.I., Ponta, F.L., Chen, L. 2010. Advances and trends in hydrokinetic turbine systems. Energy for Sustainable Development, 14, 287–296. https://doi.org/10.1016/j.esd.2010.09.004

Marsh, P., Ranmuthugala, D., Penesis, I., Thomas, G. 2015. Numerical investigation of the influence of blade helicity on the performance characteristics of vertical axis tidal turbines. Renew Energy, 81, 926–935. https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.03.083.

Patel, V., Eldho, T.I, Prabhu, S.V. 2019. Velocity and performance correction methodology for hydrokinetic turbines experimented with different geometry of the channel. Renewable Energy, 131, 1300–1317. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.08.027

Ross, H., Polagye, B. 2020. An experimental assessment of analytical blockage corrections for turbines. Renewable Energy, 152, 1328-1341. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.01.135

dos Santos, I.F.S. Ramírez-Camacho, R.G., Tiago-Filho, G.L., Barkett-Botan, A.C., Amoeiro-Vinent, B. 2019. Energy potential and economic analysis of hydrokinetic turbines implementation in rivers: An approach using numerical predictions (CFD) and experimental data. Renewable Energy, 143, 648–662. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.05.018

Descargas

Publicado

2022-07-29

Cómo citar

Espina-Valdés, R., Fernández-Jiménez, A., Fernández-Pacheco, V. M., Gharib-Yosry, A., & Álvarez-Álvarez, E. (2022). Análisis experimental de la influencia del ángulo de torsión de los álabes de turbinas hidrocinéticas Darrieus helicoidales. Ingeniería Del Agua, 26(3), 205–216. https://doi.org/10.4995/ia.2022.17696

Número

Sección

Artículos