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Generador de vórtices gravitacionales para un canal: concepción, diseño, construcción y prueba

Resumen en español

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%).