Simulación numérica y experimental de una turbina de tornillo de Arquímedes fabricada en 3D para optimizar su rendimiento en energía hidrocinética
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Date
2024-10-07
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Publisher
Ecuador: latacunga: Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC)
Abstract
This proyect is carried out in the province of Cotopaxi in the Alpama-Salcedo sector, with the aim of designing and testing a prototype of an Archimedes screw hydraulic turbine for smaller-scale power generation. CAD and CFD (SolidWorks) simulation tools and 3D printing technology were used, which allowed to create a custom design of the Archimedes screw with a diameter of 0.2 m, a length of 0.4 m, 2 blade numbers with an inclination of 42° and a screw inclination angle of 30° for correct operation, a process that took 34 hours of printing with the PLA filament. The use of fluid dynamics simulation (CFD) was used to analyze the behavior and pressure of the water by the helical surface of the screw, being an effective method to estimate the performance of the turbine. The results indicated that the Archimedes screw in simulation with controlled conditions rotates at 146 rev/min, while with the experimental prototype it rotates at 160 rev/min, indicating a correlation between both test. Estimated manufacturing costs between material, labor, and overhead add up to $406.5, making 3D technology a viable way to perform prototype validation thanks to its flexibility to performmodifications during the printing process meaning economic saving within the prototype manufacturing process.
This renewable energy system takes advantage of small waterfalls abd low flowss, allowing it to operate in different variations, being a profitable option if you want to generate energy autonomously and eco-friendly with the environment.
Description
Este proyecto se lleva a cabo en la provincia de Cotopaxi en el sector Alpamala-Salcedo, con el objetivo de diseñar y experimentar un prototipo de turbina hidráulica tornillo de Arquímedes para generación de energía a menor escala. Se emplearon herramientas de simulación CAD y CFD (SolidWorks) y tecnología de impresión 3D, lo que permitió crear un diseño personalizado del tornillo de Arquímedes con un diámetro de 0,2 m, una longitud de 0,4 m, 2 números de alabes con una inclinación de 42° y un ángulo de inclinación del tornillo de 30° para un correcto funcionamiento, proceso que tomó 34 horas de impresión con el filamento PLA. El uso de simulación de dinámica de fluidos (CFD) se utilizó para analizar el comportamiento y presión del agua por la superficie helicoidal del tornillo, siendo un método efectivo para estimar el rendimiento de la turbina. Los resultados indicaron que el tornillo de Arquímedes en simulación con condiciones controladas gira a 146 rev/min, mientras que con el prototipo experimental gira a 160 rev/min, indicando una correlación entre ambas pruebas. Los costos de fabricación estimados entre material, mano de obra y gastos indirectos suman un valor de 406,5 USD, haciendo que la tecnología 3D sea una forma viable para realizar validación de prototipos gracias a su flexibilidad para realizar modificaciones durante el proceso de impresión significando un ahorro económico dentro del proceso de fabricación del prototipo.
Este sistema de energía renovable aprovecha pequeños saltos de agua y bajos caudales, permitiéndose operar en distintas variaciones, siendo una opción rentable si se desea generar energía de forma autónoma y eco amigable con el medio ambiente.
Keywords
CAUDAL, TURBINA, ENERGÍA
Citation
Pillisa Rocha, Marlon Humberto y García Guano, Roosevelt Israel (2024); Simulación numérica y experimental de una turbina de tornillo de Arquímedes fabricada en 3d para optimizar su rendimiento en energía Hidrocinética. UTC. Latacunga. 101 p.