Análisis experimental de la influencia del ángulo de torsión de los álabes de turbinas hidrocinéticas Darrieus helicoidales

Abstract

Las turbinas hidrocinéticas se presentan como una alternativa futura para la obtención de energía de las corrientes de agua de manera sostenible. El aumento de eficiencia de dichas turbinas desde distintas aproximaciones constituye una línea de investigación en la que se están concentrado numerosos esfuerzos. Se presenta un estudio experimental donde se analiza la influencia del ángulo de torsión de los álabes en el funcionamiento de las turbinas hidrocinéticas de tipo Darrieus helicoidal. El estudio se realiza en el túnel de agua instalado en la Escuela Politécnica de Mieres (EPM, Universidad de Oviedo) que dispone de la instrumentación necesaria para obtener las características de evolución de la potencia producida con la velocidad de rotación para distintas condiciones de velocidad del flujo y bloqueo de la corriente. Se caracterizaron tres modelos de rotores de turbinas con distintos ángulos de torsión (30°, 45° y 60°), en condiciones de baja velocidad de corriente y bloqueo constante, pudiendo conocer las condiciones de máxima obtención de energía, con diferencias claras entre los casos ensayados. También se compararon los resultados con la potencia máxima que puede recuperarse de una corriente de agua, definida por el modelo del disco actuador para un flujo uniforme en canales, obteniendo máximos valores de eficiencia para el caso de 45° de ángulo de torsión.

Hydrokinetic turbines are presented as a future alternative for obtaining energy from water currents in a sustainable way. Increasing the efficiency of these turbines from different approaches is a line of research on which many efforts are being concentrated. An experimental study is presented in which the influence of blade twist angle on the helical Darrieus hydrokinetic turbines performance is analysed. The study is carried out in the water flume located at the Polytechnic School of Mieres (EPM, University of Oviedo), which has the necessary instrumentation to obtain the evolution characteristics of the power produced from the rotational speed for different conditions of flow velocity and current blockage. Three models of turbine rotors with different torque angles (30°, 45° and 60°) were characterized under conditions of low current speed and constant blockage, and the conditions of maximum energy production were determined, with evident differences between the cases tested. The results were also compared with the maximum power that can be recovered from a water current, defined by the actuator disc model for a uniform flow in channels, obtaining maximum efficiency values for the case of 45° twist angle.

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