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Desarrollo de un dispositivo experimental tipo turbina hidrocinética para bajos caudales

Resumen en español

Las fuentes de energía renovable (FER) han experimentado un notable incremento a nivel global en la producción de electricidad. En Colombia, la implementación de sistemas de energía hidrocinética ha despertado un gran interés, considerándose una opción prometedora para la electrificación rural en zonas que carecen de conexión a la red eléctrica pero disponen de recursos hídricos. Con este propósito, se desarrolló y evaluó experimentalmente un dispositivo tipo turbina hidrocinética diseñado para operar en bajos caudales. El diseño de este dispositivo innovador se basó en los principios físicos y operativos de las turbinas de Gorlov y de los hidrogeneradores de vórtice vertical. Para el rodete, se realizó una modificación del modelo Gorlov tradicional: a diferencia de estos, que mantienen un diámetro constante en sus extremos, el nuevo diseño presenta un diámetro máximo de 11,20 cm y un mínimo de 3,965 cm, resultado de un ángulo de conicidad de 15°. Como perfil aerodinámico de las palas se utilizó el NACA 0018, cuya conicidad influye directamente en el rendimiento hidrodinámico del sistema. La manufactura aditiva, específicamente la fabricación por filamento fundido (FFF), fue fundamental para la materialización del proyecto. Esta técnica permitió la elaboración precisa del prototipo mediante una impresora Creality Ender 3v3-Plus, empleando ácido poliláctico (PLA) como material base por sus propiedades mecánicas y facilidad de procesamiento. El dispositivo fue diseñado y construido para adaptarse a las dimensiones del canal abierto del laboratorio de fluidos e hidráulica de la Escuela EIDENAR de la Universidad del Valle, donde también se realizaron las pruebas de verificación y caracterización experimental. La evaluación experimental del dispositivo incluyó la toma de ocho puntos de medición, abarcando la determinación del torque mecánico para la estimación de la potencia, el aforo volumétrico del flujo de descarga y la velocidad angular del rodete. Se alcanzó una potencia global máxima de 0,4234 ± 0,00782 W y una eficiencia global máxima de 35,7% ± 0,0422% a 18,4045 ± 0,0210 rad/s. Además, se registró un coeficiente de potencia (CP) máximo local de 0,3737 ± 0,0097 y un coeficiente de torque (Ct) máximo local de 0,1131, a un coeficiente de velocidad de punta (λ) de 1,9977 ± 0,0066, con un torque máximo local de 0,0123 ± 0,0003 N·m a 17,6872 ± 0,0105 rad/s. Estos resultados demuestran la viabilidad del dispositivo como una solución potencial para la generación de energía hidrocinética en bajos caudales, constituyendo una base sólida para futuras investigaciones y mejoras.