Diseño, ensayo y optimización de una turbina radial para sistema

Abstract

El trabajo de investigación recogido en esta tesis está incluido dentro de la línea de investigación Análisis y Diseño de Máquinas y Sistemas de Fluidos, del Programa de Doctorado de Energía y control de Procesos de la Universidad de Oviedo y presenta un nuevo modelo de turbina para el aprovechamiento de la energía undimotriz, con aplicación a los sistemas basados en la columna oscilante de agua (OWC). La motivación de la propuesta y la contextualización de la investigación llevada a cabo, justifican el fin del trabajo realizado y su concreción en la presente tesis doctoral. La información aportada por este estudio contribuye al conocimiento de esta tecnología de aprovechamiento energético. El modelo desarrollado complementa la tipología de turbinas investigadas para este fin y ofrece resultados comparables con los de aquéllas. El trabajo que se presenta aporta como novedad, no solo el modelo de turbina, sino su forma de trabajar con flujo centrífugo y su capacidad de bloqueo al sentido contrario (centrípeto). El nuevo modelo se caracteriza por su sencillez mecánica, carente de elementos auxiliares móviles y se ha previsto para trabajar en sistemas de turbinas gemelas, debido a su capacidad rectificadora del flujo. Se cumplen así los objetivos planteados en el trabajo de investigación. El trabajo presentado queda avalado por las metodologías teórica y experimental empleadas y la sistemática llevada a cabo, basada en la investigación y desarrollo de un modelo inicial, el análisis de mejoras y su aplicación en un segundo modelo optimizado, que ha sido ensayado y analizado para disponer de información concluyente del mismo. Al tratarse de un nuevo modelo y no disponer de información de referencia, ha sido necesario construir los prototipos necesarios para obtener datos experimentales, además del banco de ensayos correspondiente. La tecnología de impresión 3D ha sido determinante para hacer viable la construcción de los prototipos. El análisis teórico, apoyado en técnicas numéricas de simulación computarizada en el campo de los fluidos (CFD), ha sido fundamental para obtener información detallada del comportamiento del flujo dentro de la turbina y deducir las mejoras aplicadas al modelo optimizado. Los ensayos experimentales han permitido contrastar los valores obtenidos en las simulaciones numéricas CFD, validando así el modelo numérico utilizado. El estudio realizado incluye el análisis de comportamiento del nuevo modelo tanto en condiciones estacionarias como no estacionarias, quedando así caracterizado el funcionamiento conjunto del sistema de turbinas gemelas, bajo la acción supuestamente sinusoidal de las olas, que es comúnmente aceptada por la comunidad científica de este campo. Los resultados ofrecidos por los modelos presentados, van acompañados de información comparativa con otros modelos de referencia, basados en la misma configuración. Los resultados obtenidos son concluyentes y permitirán disponer de este modelo como referencia para futuros trabajos de investigación sobre este tipo de turbinas. Se ha previsto la publicación del trabajo realizado en revistas internacionales especializadas en este campo. Se ha publicado el primer artículo en enero de 2018, en la revista Ocean Engineering (ver capítulo 10). Se ha presentado el segundo artículo a la revista Energy y actualmente está en fase de revisión. Se espera su publicación para finales de 2018. Se prevé una tercera publicación para el año 2019.