16 Dise O Simulaci N Fabricaci N Y Caracterizaci N De Una Turbina Tipo Pelton De 5 KW

Ingeniería y Competitividad, Volumen 15, No. 1, p. 183 - 193 (2013)

INGENIERÍA MECÁNICA

Diseño, simulación, fabricación y caracterización de una
turbina tipo Pelton de 5 kW
MECHANIC ENGINEERING

Design, simulation, construction and characterization of a 5
kW hydraulic Pelton turbine
Sergio Agudelo*§, Edwin Chica*, Felipe Obando*, Natalia Sierra*, Laura Velásquez*,
Walter Enríquez*
*Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia
§seragude@udea.edu.co, echica@udea.edu.co, felipeobando@udea.edu.co, nataliasierra@udea.edu.
co, lauraisabel03@hotmail.com, walterenriquez77@hotmail.com
(Recibido: Noviembre 15 de 2012 - Aceptado: Abril 16 de 2013)

Resumen

Se presenta la metodología empleada para la construcción de un microgenerador hidráulico de 5 kW conturbina
tipo Pelton. Para unas condiciones de operación (cabeza hidráulica y caudal) y a partir de una base teóricoexperimental, se modelaron los componentes con ayuda de herramientas computacionales tipo CAD (Diseño
asistido por computador), CAE (Ingeniería asistida por computador) y CFD (Análisis computacional fluidodinámico). Posteriormente, se empleó un software CAM (Manufactura asistida porcomputador) y procesos de
fundición para la fabricación de los componentes del microgenerador. Por último, y con el fin de validar el diseño,
se realizó la caracterización del microgenerador mediante pruebas en el Laboratorio del Grupo de Investigación
de Energía Alternativa de la Universidad de Antioquia. A partir de las pruebas realizadas, fue posible cuantificar la
eficiencia de la turbinaPelton, encontrar la relación óptima entre la apertura del inyector y la potencia generada, la
velocidad óptima de operación, la eficiencia global del microgenerador y las condiciones hidráulicas en las cuales el
microgenerador puede ser utilizado, brindando la mayor eficiencia de generación de energía eléctrica.
Palabras claves: CAD, CFD, microgenerador, turbina, pelton.

Abstract

It is presentedthe methodology for the construction of a 5 kW hydraulic microgenerator, with a Pelton turbine. For
a given operating conditions (hydraulic head and flow) and from a theoretical and experimental basis, the different
components were modeled using computational tools such as CAD (Computer Aided Design), CAE (Computer
Aided Engineering) and CFD (Computer Fluid Dynamics). Subsequently, it was used aCAM (Computer Aided
Manufactured) software and casting processes for manufacturing the components of the microgenerator. Finally,
and in order to validate the design, characterization was performed by testing the microgenerator in the Laboratory
of Alternative Energy Research Group at the Universidad de Antioquia. From the tests performed, it was possible
to quantify the efficiency of the Peltonturbine, to find the optimum ratio between the opening of the nozzle and the
generated power, the optimum speed of operation, the overall efficiency of the microgenerator and the hydraulic
conditions in which the microgenerator can be used providing an optimal efficiency of electric power generation.

Keywords: CAD, CFD, microgenerator, pelton, turbine.

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Ingeniería y Competitividad, Volumen15, No. 1, p. 183 - 193 (2013)

1. Introducción
La microgeneración hidroeléctrica se emplea
como solución energética en zonas que carecen del
servicio de energía eléctrica; sin embargo, poco se
conoce sobre experiencias de diseño y fabricación
de microgeneradores hidráulicos para el
aprovechamiento de un recurso hídrico específico.
Por lo general, se emplean microgeneradores
que han funcionadoadecuadamente en un rango
de valores de cabeza y caudal determinados,
pero se desconoce su eficiencia de acuerdo a las
condiciones de operación a las cuales está siendo
sometido (ITDG, n.d).
Con el fin de dar solución a este problema,
se desarrolla una metodología para diseñar
y construir microgeneradores hidráulicos
con turbina tipo Pelton para condiciones de
operación de caudal (Q) y cabeza (H)...