Una turbina Turgo hidroeléctrica de bricolaje de bajo costo hecha con cucharadas domésticas y optimizada para lograr una potencia mecánica de 1,5 kW con una eficiencia superior al 60%.
Gracias a una subvención del Centro Blum para el Desarrollo de Economías de UC Davis, se envió un equipo dirigido por estudiantes a Ruanda para llevar a cabo talleres educativos y estudios de viabilidad para sistemas hidroeléctricos de pequeña escala fabricados localmente. El viaje incluyó estudios de sitios hidroeléctricos existentes y potenciales, talleres en las aldeas que aprovecharon el diseño participativo y la ideación para el abastecimiento local de materiales hidroeléctricos y sus costos, así como una pasantía para dos estudiantes de ingeniería que incluyó capacitación técnica y establecimiento de contactos entre empresas y gobiernos. Habiendo identificado los costos de capital y la ineficiencia de las turbinas como dos factores que obstaculizan la implementación de sistemas picohidroeléctricos en aldeas rurales, el equipo de estudiantes diseñó, construyó y probó una turbina picohidroeléctrica Turgo de bajo costo hecha de cucharadas. La turbina Turgo es muy adecuada para aplicaciones de alto caudal y bajo flujo. Aquí, esta turbina de "cucharada" de bajo costo se optimiza probando experimentalmente seis parámetros de diseño: diámetro de la boquilla, ángulo de entrada del chorro, número de cucharas, velocidad de la turbina, orientación de la cuchara y ubicación del impacto del chorro. La turbina alcanzó 1,5 kW de potencia mecánica con una eficiencia del 63%.
Contenido
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Artículo de investigación
Fuente
Kyle Gaiser, Paul Erickson, Pieter Stroeve, Jean-Pierre Delplanque, Una investigación experimental de los parámetros de diseño para turbinas pico-hidro Turgo utilizando una metodología de superficie de respuesta, Energías renovables, Volumen 85, enero de 2016, páginas 406-418, DOI: http : //dx.doi.org/10.1016/j.renene.2015.06.049 . Acceso abierto al texto completo
Resumen de investigación
Millones de hogares fuera de la red en áreas remotas de todo el mundo tienen acceso a recursos picohidráulicos (5 kW o menos) que no están desarrollados debido a los costos prohibitivos de instalación ($/kW). La turbina Turgo, una turbina de impulso hidroeléctrico generalmente adecuada para aplicaciones de altura media a alta, ha ganado una atención renovada en la investigación debido a su potencial aplicabilidad en dichos sitios. Sin embargo, la literatura publicada sobre la turbina Turgo es limitada e indica que la teoría actual y el conocimiento experimental no explican adecuadamente los efectos de ciertos parámetros de diseño, como el diámetro de la boquilla, el ángulo de entrada del chorro, el número de palas y la velocidad de las palas en la eficiencia de la turbina. En este estudio, estos parámetros se utilizan en un experimento de superficie de respuesta compuesta central de tres niveles. Se construye y prueba una turbina Turgo de bajo costo a partir de materiales fácilmente disponibles y se desarrolla un modelo de regresión de segundo orden para predecir su eficiencia en función de cada parámetro anterior y sus interacciones. También se investigan los efectos del ángulo de orientación de las palas y la ubicación del impacto del chorro sobre la eficiencia y se descubre experimentalmente que tienen relativamente poca importancia para la turbina. El propósito de este estudio es establecer pautas de diseño empírico que permitan a los pequeños fabricantes e individuos de centrales hidroeléctricas diseñar turbinas Turgo eficientes y de bajo costo que puedan optimizarse para un sitio pico-hidroeléctrico específico. Los resultados también se expresan en parámetros adimensionales para permitir una posible ampliación a sistemas y fabricantes más grandes.
Aspectos destacados del artículo
- Se construyó una turbina picohidráulica Turgo con materiales domésticos a un costo de 30 dólares.
- Se determinó experimentalmente el efecto del ángulo del chorro, el número de aspas, el diámetro de la boquilla y las RPM sobre la eficiencia.
- Las fórmulas empíricas permiten un diseño optimizado de la turbina para cualquier altura y flujo determinados y lograron una eficiencia mecánica del 62 %.
- Los resultados indican que todos los parámetros tienen efectos e interacciones importantes de segundo orden.
- Los parámetros óptimos fueron: ángulo de boquilla de 35°, relación entre el diámetro de la boquilla y la separación de las aspas = 0,94 y una relación de velocidad de 0,43.
Palabras clave
Hazlo tu mismo; Pico-hidro; turbina turgo; Hidroelectricidad; Mejoramiento
Fotos
- Turbina Turgo de bricolaje
Turbina Turgo elaborada a base de cucharadas.
Los experimentos determinaron el número óptimo de cucharas, la orientación de las cucharas, el diámetro y el ángulo de la boquilla y la velocidad de la turbina.
La turbina DIY Turgo logró una eficiencia mecánica del 62%.
Comunidad local de Ruanda que nos ayudó a estudiar un posible sitio hidroeléctrico.
Turbina picohidráulica de construcción local.
Taller en la aldea para intercambiar ideas sobre cómo obtener piezas localmente para el sistema picohidro.
Ser ingenioso (usar bidones y hojas de plátano) para medir el flujo de agua durante el estudio del sitio hidroeléctrico.
Ver también
- http://blumcenter.ucdavis.edu/grants/past-grantees/2011-2012/grantee-profile-picohidro-in-rwanda
- http://web.archive.org/web/20150905081348/http://smallhydro.ucdavis.edu/featured-project/78/