Resumen de Efectos de la relación de bloqueo por turbinas hidrocinéticas para el aprovechamiento energético en canales de riego

Javier Martínez Reyes, Nahum Hamed García Villanueva

• español

  Con el fin de validar parte de la teoría asociada al cádiscos porosos en un canal experimental, se analiza el efecto de la relación de bloqueo que generan las turbinas sobre la potencia hidráulica aprovechable en un canal. Dicho análisis secomplementa con el estudio y caracterización de la forma en que se desarrolla la estela que se produce hacia aguas abajo y se comparan los resultados experimentales con los de un modelo numérico unidimensional.Durante el desarrollo del estudio experimental se analizaron tres relaciones de bloqueo, para lo cual se mantuvieron fijas las variables hidráulicas en el canal experimental. Bajo estas condiciones, para caracterizarel comportamiento delflujo y obtener las componentes de la velocidad instantánea,se utilizó un velocímetro acústico Doppler, y para medir el empuje hidrodinámico sobre los discos se empleó una celda de carga.Entre los principales resultados se encontró que la velocidad, dentro de la estela lejana, presenta una recuperación de 90% en aproximadamente 12 diámetros aguas abajo del disco. Es de resaltar que a esa distancia la intensidad de turbulencia fue de 8%, mientras que la intensidad de turbulencia media en la sección del canal donde se ubican los discos porosos antes de su colocación era de 5.7%.Los coeficientes de potencia obtenidos para las distintas relaciones de bloqueo presentan un incremento de 59% entre la relación de bloqueo más baja B1= 0.090 y la más alta B3= 0.197. Las diferencias entre los coeficientes de potencia de laspruebas experimentales y de los máximos obtenidos con la teoría unidimensional son de 19.45% para el caso de B1= 0.090;4.13% para B2= 0.156,y 0.84% para B3= 0.197. Así,y en términos generales, se encontró que con una relación de bloqueo dellculo de la potencia máxima aprovechable por turbinas hidrocinéticas mediante el uso de orden de0.20, los valores del coeficiente de potencia se asemejan a los máximos esperados de acuerdo con la teoría unidimensional, y que con valores inferiores a 0.10 de esta relación de bloqueo, dicho coeficiente cae alrededor de un 20% con respecto al máximo teóricamente esperado.

• English

  In this paper, the effect of the blockage ratio generated by the hydrokinetic turbines upon the obtainable hydraulic power in an open channel is analyzed in order to validate part of the theory related to the calculation of the maximum obtainable power by the hydrokinetic turbines, by using porous discs in an experimental open channel. This analysis is supplemented with the study and characterization of the way in which is developed the wake, that is produced downstream, and the experimental results are compared with those of a one-dimensional numerical model.During the development of the experimental study, three different blockage ratios were analyzed, for which the hydraulic variables were kept fixed in the experimental open channel. Under these conditions, in order to characterize the behavior of the flow and obtain the components ofthe instantaneous velocity an acoustic Doppler velocimeter was utilized, to measure the hydrodynamic thrust on the discs a load cell was employed.Among the main results it was found that the velocity in the zone of the far wake has a 90% recovery at approximately 12 diameters downstream from the disc. It is noteworthy that, at this distance, the urbulent intensity was 8%, while the mean turbulence intensity in the section of the open channel where the porous discs are located, before its placement, it was 5.7%.The power coefficients obtained for the different blockage ratios show a 59% increase between the lowest blockage ratio B1= 0.090 and the highest B3= 0.197. The differences between the power coefficients of the experimental tests and the maximumsobtained with the one-dimensional theory are 19.45% for the case of B1= 0.090;4.13% for B2= 0.156, and 0.84% for B3= 0.197. In general, according to the one-dimensional theory, using a blockage ratio of around 0.20 the values of the power coefficient are similar to the maximums expected, and by using lower values than 0.10, this coefficient falls by around 20% compared with the maximum theoretical coefficient