Diseño y simulación de un sistema pico-hydro para la generación de energía eléctrica en zonas rurales, mediante un software de mecánica de fluidos computacional

Abstract

Los sistemas pico-hydro son centrales hidroeléctricas que generan entre 1 y 5 kW de energía eléctrica, a partir de turbinas hidráulicas, las cuales producen energía mecánica producto de la rotación que les genera un flujo de agua, esta rotación se transmite a un generador que esta acoplado al eje de la turbina el cual se encarga de transformarla en energía eléctrica. Una manera de medir el rendimiento de estos sistemas es mediante la creación de prototipos físicos y realizarles pruebas de campo, lo cual resulta costoso. Otra manera de medir su rendimiento es mediante la mecánica de fluidos computacional, esta es una herramienta en la cual se puede generar un prototipo virtual del sistema, simular su funcionamiento y evaluar su rendimiento sin hacer pruebas de campo y ahorrando costos. En el presente proyecto se diseñó un sistema pico-hydro con una turbina Kaplan, se usó el software ANSYS CFX para simular el funcionamiento del sistema con las condiciones de trabajo establecidas en la etapa de diseño y se determinó su rendimiento con la turbina diseñada originalmente. Se aplicaron modificaciones en la geometría de los álabes de la turbina con el fin de evaluar su rendimiento y se comparó con el diseño original para determinar la configuración óptima del sistema. Los resultados indicaron que para el diseño original de la turbina, se logró producir 7,5 kW de potencia, una eficiencia del 91% en el rodete, las condiciones de trabajo fueron 1235 RPM, 243 L/s y 3 metros de altura neta. Se concluyó que CFX es una herramienta de gran ayuda para la simulación de turbomaquinaria y genera un gran ahorro económico. Este sistema sería una alternativa viable para los países desarrollados o en desarrollo que tienen zonas rurales que no cuentan con el servicio de energía eléctrica de las redes de suministro.