Examinando por Materia "Vórtices"

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    PublicaciónAcceso abierto
    Desarrollo de una turbina biomimética en un hidrogenerador de cámaras de vórtice verticales
    (Universidad del Valle, 2025) Aguilar Ayala, Jimmy Esteban; Risco Moreno, Efraín Baldemar del
    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.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Generador de vórtices gravitacionales para un canal: concepción, diseño, construcción y prueba
    (Universidad del Valle, 2017) Jurado Chávez, Oscar Andrés; Olaya Murillo, Christian Camilo; Risco Moreno, Efraín Baldemar del
    En el siguiente trabajo se realizó el diseño, construcción y prueba de un generador de vórtices gravitacionales. Una de las motivaciones del trabajo se fundamenta en la actual preocupación al nivel mundial por la conservación del medio ambiente, es preciso mencionar que gran parte del deterioro del medio ambiente, corresponde a sector de generación eléctrica. En este orden de ideas nace la necesidad de buscar alternativas diferentes para la generación eléctrica, alternativas que reduzcan significativamente el impacto ambiental. Es así como se materializa la idea de diseñar un hidrogenerador de vórtices gravitacionales, con sus respectivos rodetes para canales de agua, dando dimensiones según lo encontrado en la literatura, y en estudios anteriores. El principio de funcionamiento es lograr convertir la energía cinética que lleva un flujo, en energía rotacional en las cámaras de vórtices .De esta forma se procede a diseñar un dispositivo hidrogenerador compuesto por dos cámaras cilíndricas, que permita el desarrollo de un vórtice gravitacional con una potencia hidráulica considerable. La configuración geométrica para el diseño, se plantea con base a trabajos previos donde se han definido el comportamiento de las relaciones geométricas. Una vez definida la geometría de las cámaras generadoras de vórtice, se realiza un modelado CFD en el software Abaqus/ CFD 6.14, donde se incluyen las condiciones geométricas diseñadas, con el fin de conocer el comportamiento del vórtice, e identificar la concentración de velocidades, para la definición de la configuración geométrica de los rodetes a construir los cuales además funcionarán bajo el concepto de "arrastre". La construcción del hidrogenerador se logra con ayuda de prototipado 3D, técnicas de corte laser y termomoldeado de láminas de acrílico. Una vez construido el dispositivo se hace la adecuación de la instalación experimental donde se realizarán las respectivas pruebas de éste. Para ello se usa uno de los canales del laboratorio de mecánica de fluidos e hidráulica de la Universidad del Valle. Se realizaron las pruebas midiendo diferentes variables: potencia generada, caudal, profundidad del flujo, velocidad del agua en diferentes secciones del dispositivo y profundidad del flujo giratorio en las cámaras de vórtices. Con los datos experimentales obtenidos se analiza el comportamiento y las tendencias de las diferentes variables. Se mide en diferentes caudales, la potencia entregada por el generador instalado, y se caracteriza el tipo de flujo entregado para cada caudal, teniendo en cuenta el número de Reynolds (NR) y Froude (NF). Los Resultados de la potencia generada fueron relativamente bajos (0.03W) sin embargo se obtuvo una eficiencia más alta con respecto a trabajos anteriores (16%).
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    PublicaciónAcceso abierto
    Incidencia de la razón de aspecto en la intensidad de un vórtice en un generador con flujo incidente tangencial
    (Universidad del Valle, 2014) López Rivera, Héctor Daniel; Risco Moreno, Efraín Baldemar del
    Este trabajo presenta los experimentos orientados al estudio del comportamiento de un vórtice producido en un dispositivo hidrogenerador de vórtice vertical. Se construyeron seis configuraciones de hidrogeneradores de vórtice. Cada configuración correspondió a una variación geométrica diferente que se caracterizó por una razón de aspecto, definida como el cociente entre el ancho de la apertura de alimentación a la cámara de vórtice y el diámetro del orificio de descarga. Se realizaron pruebas de velocidad angular en el vórtice y de velocidad en la entrada a la cámara cilíndrica bajo cada relación de aspecto, variando las condiciones hidrodinámicas. Las mediciones de velocidad angular se realizaron por medio de un correntómetro para vórtice. La toma de las velocidades a la entrada de la cámara se estimó con el tubo de Pitot. El comportamiento del correntómetro como herramienta de medición se verificó por medio de un agitador electromagnético. Se desarrolló un análisis dimensional para lograr la interpretación de los vórtices generados bajo cada relación de aspecto. El vórtice tiene su máxima velocidad angular en la zona más cercana al núcleo de descarga y la máxima velocidad de entrada a la cámara se presenta a la mayor profundidad del canal.