Efectos de la relación de bloqueo por turbinas hidrocinéticas para el aprovechamiento energético en canales de riego / Effects of the blockage ratio due to hydrokinetic turbines for producing energy in irrigation channels

Javier Martínez-Reyes, Nahún Hamed García-Villanueva

Resumen


Con el fin de validar parte de la teoría asociada al cálculo de la potencia máxima aprovechable por turbinas hidrocinéticas mediante el uso de discos porosos en un canal experimental, se analiza el efecto de la relación de bloqueo que generan las turbinas sobre la potencia hidráulica aprovechable en un canal. Dicho análisis se complementa con el estudio y caracterización de la forma en que se desarrolla la estela que se produce hacia aguas abajo y se comparan los resultados experimentales con los de un modelo numérico unidimensional.

Durante el desarrollo del estudio experimental se analizaron tres relaciones de bloqueo, para lo cual se mantuvieron fijas las variables hidráulicas en el canal experimental. Bajo estas condiciones, para caracterizar el comportamiento del flujo y obtener las componentes de la velocidad instantánea, se utilizó un velocímetro acústico Doppler, y para medir el empuje hidrodinámico sobre los discos se empleó una celda de carga.

Entre los principales resultados se encontró que la velocidad, dentro de la estela lejana, presenta una recuperación de 90% en aproximadamente 12 diámetros aguas abajo del disco. Es de resaltar que a esa distancia la intensidad de turbulencia fue de 8%, mientras que la intensidad de turbulencia media en la sección del canal donde se ubican los discos porosos antes de su colocación era de 5.7%.

Los coeficientes de potencia obtenidos para las distintas relaciones de bloqueo presentan un incremento de 59% entre la relación de bloqueo más baja B1 = 0.090 y la más alta B3 = 0.197. Las diferencias entre los coeficientes de potencia de las pruebas experimentales y de los máximos obtenidos con la teoría unidimensional son de 19.45% para el caso de B1 = 0.090; 4.13% para B2 = 0.156, y 0.84% para B3 = 0.197. Así, y en términos generales, se encontró que con una relación de bloqueo del orden de 0.20, los valores del coeficiente de potencia se asemejan a los máximos esperados de acuerdo con la teoría unidimensional, y que con valores inferiores a 0.10 de esta relación de bloqueo, dicho coeficiente cae alrededor de un 20% con respecto al máximo teóricamente esperado.

Palabras clave


canal, coeficiente de arrastre, coeficiente de potencia, disco poroso, energía, relación de bloqueo, turbinas hidrocinéticas

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DOI: https://doi.org/10.24850/j-tyca-2020-03-06