Evaluación de un hidrogenerador de vórtice horizontal.

Abstract

La reducción de gases de efecto invernadero obliga a migrar de los dispositivos de generación de potencia con combustibles fósiles a alternativas con energías renovables limpias. Una de éstas es la energía hidráulica de las corrientes naturales que abundan en Colombia y no se aprovechan; ellas son de baja carga y no hay aparatos que usen óptimamente esa energía porque el interés se centró en los que operan con grandes alturas y caudales. Por eso se están optimizando los existentes o desarrollando nuevos sistemas de generación limitados por la falta de conocimiento para su dimensionamiento. Por lo anterior, el Grupo de Investigación en Dinámica de Fluidos de la Universidad del Valle se propuso desarrollar y probar un hidrogenerador que forme un vórtice cuando se sumerge en un flujo de agua. Con ese vórtice se quiere impulsar un rodete acoplado a un generador eléctrico, para ver si es posible producir electricidad en las poblaciones con corrientes naturales de agua, no conectadas al Sistema Nacional de Interconexión Eléctrica. El desarrollo del hidrogenerador intrusivo de vórtice horizontal demandó primero definir su geometría para que forme en su interior un flujo giratorio; esto se tradujo en una carcasa con tobera semiconvergente unida a una cámara de vórtice con orificio de descarga lateral. Considerando el ancho del canal de pruebas, después se definió su tamaño combinando dos alturas (e) de la sección menor de la tobera con dos anchos (A) del aparato y tres diámetros (d) del orificio de descarga, lo que condujo a la construcción y prueba de doce versiones del aparato para encontrar cuál captaba el mayor caudal y producía la mayor velocidad de giro del vórtice. La experiencia indicó que un aparato de e = 0.01 m, A = 0.1 m y d = 0.0175 m, hacía girar al vórtice hasta 500 RPM con un caudal de 0.73 L/s. Enseguida se escogieron los rodetes: uno tipo turbina MIchell-Banki y dos con álabes helicoidales, uno con álabes exteriores y otro con álabes interiores y exteriores; el primero operaría por impulso y los últimos por arrastre, simulando la trayectoria helicoidal de las partículas en el vórtice. Construir los rodetes implicó obtener, de un dibujo en SolidWorks, una impresión de cada uno de ellos con una impresora 3D, con la cual se hizo un molde en colapiscis que por vaciado de una resina, produjo el rodete deseado. Con el rodete en la cámara de vórtice mediante un engrane en el extremo de su eje y una banda plana o tipo Oring, se transmitió la potencia mecánica a otro engrane superior, que accionó un microgenerador eléctrico. Los resultados revelaron que, pese a su alta resistencia de forma, el hidrogenerador de vórtice concebido, desarrollado y probado en la UNIVALLE induce un vórtice con la potencia para mover un microgenerador eléctrico, por lo que esta investigación cumplió su cometido. Entonces vale seguir investigando para reducir la resistencia de formar e incrementar la energía que este aparato puede convertir en electricidad a partir de las corrientes naturales del país.