Optimización de una turbina hidrocinética de ríos bajo caudal para garantizar el mejor coeficiente de potencia mediante simulación numérica

Abstract

La presente tesis tiene como objetivo el optimizar una Turbina Hidrocinética utilizada para extraer energía generada por las corrientes de ríos de bajo caudal. La importancia de este estudio es evaluar el rendimiento y el campo de flujo en la turbina utilizando simulación numérica de la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD). El estudio aborda de manera general y específica los trabajos realizados en la materia de energía hidrocinética, a su vez, hace una revisión de los modelos matemáticos validados en aplicaciones industriales. El alcance del trabajo es optimizar el coeficiente de potencia, dado por la relación de la potencia eléctrica obtenida por la potencia cinética del flujo de agua, como indicador de la eficiencia de una Turbina Hidrocinética con dos tipos de perfil hidrodinámico, NACA 8610 y NACA 8620; para ello, se analiza el comportamiento del flujo que representa a la corriente del río a través de la Turbina Hidrocinética, y se evalúan los perfiles hidrodinámicos de sus palas y su influencia por la velocidad angular y el coeficiente de potencia para una mejor conversión de energía cinética.

The objective of this thesis is to optimize a hydrokinetic turbine used to extract energy generated by the currents of low-flow rivers. The importance of this study is to evaluate the performance and the flow field in the turbine using numerical simulation of Computational Fluid Dynamics (CFD). The study addresses in a general and specific way the work carried out in the field of hydrokinetic energy, in turn, makes a review of the mathematical models validated in industrial applications. The scope of the work is to optimize the power coefficient, given by the ratio of the electrical power obtained by the kinetic power of the water flow, as an indicator of the efficiency of a hydrokinetic turbine with two types of hydrodynamic profile, NACA 8610 and NACA 8620; For this, the behavior of the flow that represents the current of the river through the hydrokinetic turbine is analyzed, and the hydrodynamic profiles of its blades and their influence by the angular velocity and the power coefficient for a greater conversion of kinetic energy are evaluated.