Modelamiento de los parámetros de funcionamiento de la Turbina Hidráulica de flujo cruzado aplicando el Método de Elementos Finitos

Abstract

Se presenta una aplicación de la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) empleando el Método de Elementos Finitos (FEM) para el modelamiento del comportamiento de una Turbina Hidráulica de Flujo Cruzado (Cross Flow Turbine) de 50 kW (Q = 120 l/s, H = 50 m y ω = 124.61 rad/s), en el objetivo de explicar de forma metodológica numérica, los principios y supuestos clásicos de diseño, así como la búsqueda de su optimización. Como resultados se obtienen campos de presión y velocidad para diferentes condiciones (Q = 0 - 203.61 l/s, H = 9.40 - 580.71 m y ω = 25, 50, 100 y 125 rad/s) y regímenes (laminares, de transición y turbulentos) de operación, a partir de los cuales se cuantifican algunos indicadores del funcionamiento de la turbina (distribución de los vectores velocidad en el tramo de admisión, eficiencia y coeficiente del inyector directriz, curvas características de la turbina de 50 kW y de la turbina unidad). Finalmente se proyectan parámetros de operación de la turbina para las condiciones de diseño bajo una perspectiva teórica utilizando el modelamiento de flujos.

We shown a Computing Fluid Dynamics (CFD) application using the Finite Element Method (FEM) for the modeling of a 50 kW (Q = 120 l/s, H = 50 m y ω = 124.6055 rad/s) Cross Flow Hydraulic Turbine, trying lo explain with the numeric methodology the principies and supposes of the classic turbine design and the optimization. The results are pressure and velocily fields for different operation conditions (Q = 0 - 203.61 l/s, H = 9.40 - 580.71 m y ω = 25, 50, 100 and 125 rad/s) and different regimens (laminar, transition and turbulent), we use this results to estimate some operation parameters (velocity distribution on the inlet flow lo the runner, nozzle efficiency and nozzle coefficient, 50 kW turbine characteristics curves and unity turbine characteristics curves). Finally we assess the turbine operation parameters for the design conditions considering the flow modeling.