Diseño de una turbina hidrocinetica para pruebas en el canal de ensayos hidrodinamicos de la Universidad Nacional
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2019-01-30
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Universidad Santo Tomás
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Resumen
El uso de energías no renovables que hoy en día se encuentran, genera altos índices de contaminación ambiental en sectores que son vitales para la vida y grandes daños a la salud de las personas. Además que en ciertas regiones de Colombia no hay suministro de energía eléctrica debido a la poca accesibilidad que tienen las poblaciones para implementar los elementos necesarios para la instalación y suministro del servicio. Como respuesta a esto, se hace uso de los recursos hídricos que cuentan las poblaciones, como lo son los ríos. De esta forma aprovechar un recurso natural para la producción de energía, lo que permite hacer diseños y fabricaciones de turbinas hidrocinéticas como el diseño realizado en este trabajo.
El diseño de la turbina hidrocinética que se muestra en este documento está condicionado por el tamaño del canal de ensayos hidrocinéticos de la Universidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá. Mediante el uso de este canal de ensayos es posible evaluar el comportamiento de una turbina, emulando los factores a los cuales esta se verá sometida en un entorno real. Al respecto, tanto el diseño de la turbina de este trabajo, como las características de funcionamiento, mantienen las características hidráulicas del río como son: la velocidad y la potencia media del río en el cual estará funcionando (i.e. características del río).
De acuerdo a lo anterior, se realiza el diseño de los álabes cuyo material de fabricación seria fibra de vidrio con resina epoxica. Obtenido el álabe se hace el análisis del mismo por medio del software Q-blade. Después de diseñado el álabe se encuentra el análisis de resistencia de materiales para la unión atornillada entre álabe y el cubo, así mismo los accesorios que permiten el acoplamiento del álabe. A continuación se procede con el diseño de la sección principal del sistema de la turbina hidrocinética que está compuesta por: El diseño del eje principal usando criterio de falla por fatiga, análisis de resistencia de materiales para las uniones atornilladas de la carcasa principal a la caja de transmisión de potencia y así mismo el cálculo del espesor de esta. Además de la selección de los rodamientos.
Ya realizado el diseño de la sección principal en el presente trabajo se continua con el diseño de la sección secundaria que está constituida por: El diseño del eje secundario utilizando el criterio de falla por fatiga, el cálculo del espesor de la carcasa secundaria, selección de rodamientos, el diseño del sistema de transmisión de potencia por engranajes cónicos y así mismo el análisis de resistencia de materiales para las uniones atornilladas de la carcasa secundaria a caja de transmisión y placa superior, además se encuentra el cálculo del espesor de la placa superior.
Finalizando el documento se encuentra el análisis del material de aporte para las uniones soldadas de las bridas, y los accesorios que componen la turbina hidrocinética como son: El sello mecánico, el diseño de las cuñas, los empaque utilizados, y por último se observan las conclusiones obtenidas del diseño de la turbina hidrocinética.
Abstract
The use of non-renewable energies that are found today, generates high levels of environmental pollution in sectors that are vital for life and great damage to people's health. In addition, in certain regions of Colombia, there is no electricity supply due to the lack of accessibility that the populations have to implement the necessary elements for the installation and supply of the service. In response to this, it makes use of the water resources that count the populations, as are the rivers. In this way take advantage of a natural resource for the production of energy, which allows designs and fabrications of hydrokinetic turbines as the design made in this work.
The design of the hydrokinetic turbine shown in this document is conditioned by the size of the hydrokinetic assay channel of the Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá. By using this test channel it is possible to evaluate the behavior of a turbine, emulating the factors to which it will be subjected to a real environment. In this regard, both the design of the turbine of this work and the operating characteristics, maintain the hydraulic characteristics of the river such as the speed and the average power of the river in which it will be functioning (i.e. characteristics of the river).
According to the above, the design of the blades whose material of manufacture would be fiberglass with epoxy resin is made. Obtained the blade is made the analysis of it by means of the software Q-blade. After the design of the vane, there is the resistance analysis of materials for the bolted connection between the vane and the bucket, as well as the accessories that allow the vane to be coupled. Next, we proceed with the design of the main section of the hydrokinetic turbine system that is composed of: The design of the main shaft using fatigue failure criteria, material strength analysis for bolted connections from the main housing to the box of power transmission and likewise the calculation of the thickness of this. In addition to the selection of bearings.
Once the design of the main section has been carried out in the present work, the design of the second section is continued, which consists of: The design of the secondary axis using the fatigue failure criterion, the calculation of the thickness of the secondary shell, selection of bearings, the design of the transmission system of power by bevel gears and likewise the analysis of resistance of materials for the bolted connections of the secondary housing to the transmission case and upper plate, in addition there is the calculation of the thickness of the upper plate.
Finalizing the document is the analysis of the filler material for the welded joints of the flanges, and the accessories that make up the hydrokinetic turbine such as The mechanical seal, the design of the wedges, the packaging used, and finally the conclusions obtained from the design of the hydrokinetic turbine.
Idioma
spa
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Citación
Linares, K. (2019). DISEÑO DE UNA TURBINA HIDROCINETICA PARA PRUEBAS EN EL CANAL DE ENSAYOS HIDRODINAMICOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL. Ingeniero, Mecanico. Universidad Santo Tomas.
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