Análisis de la influencia del número de álabes en la hidrodinámica y potencia mecánica de un tornillo de Arquímedes empleando CFD

Resumen

 
 
 
 
 

Las centrales micro-hidroeléctricas se caracterizan por ser una tecnología de generación de energía renovable limpia, confiable y sostenible. En México, el 10.2% de la energía que se produjo en 2018 provenía de centrales hidroeléctricas y únicamente el 0.23% correspondía a micro centrales [1]. Este hecho fortalece la necesidad de investigar e innovar acerca de dispositivos capaces de aprovechar el potencial hidroeléctrico disponible en el país para su explotación a microescala. Al respecto, el tornillo de Arquímedes es una tecnología con grandes ventajas al ser utilizada para la generación de electricidad. Sin embargo, se carecen de guías para su diseño e implementación.

El objetivo del presente trabajo fue analizar la influencia del número de álabes del tornillo de Arquímedes en su hidrodinámica y generación de potencia mecánica empleando dinámica de fluidos computacional (CFD, por sus siglas en inglés) con el fin de determinar las geometrías adecuadas para ser evaluadas en esquemas de simulación más complejos que contemplan el movimiento de rotación de la turbina.

Las principales fases del análisis fueron: 1) Diseño geométrico tomando como base relaciones geométricas analizadas en literatura; 2) Simulación con CFD para la obtención de los campos de presión y velocidad además del torque en el tornillo; 3) Análisis de resultados para descartar geometrías y condiciones de operación no favorables.

Con el método empleado, se obtuvieron eficiencias superiores al 75% para un tornillo de Arquímedes con 6 álabes y potencia mecánica de 127.3 W. Por otra parte, los campos de velocidad y presión sugieren una buena transferencia de cantidad de movimiento en dispositivos con 2 y 3 álabes obteniendo potencias mecánicas de 37.7 y 57.2 W respectivamente.