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IAHR AIIH
XXV CONGRESO LATINOAMERICANO DE HIDRÁULICA
SANTIAGO, CHILE, AGOSTO 2014


SIMULACIÓN DE UN VÓRTICE DE EJE HORIZONTAL

PabloCesar Trujillo Idrobo1, Gerardo Andrés Torres Casierra2, Efraín del Risco Moreno3
Universidad del Valle, Facultad de Ingeniería, Grupo de Investigación en Dinámica de Fluidos, Calle 13 # 100-00, Tel: (57) (2) 23212453 Cali, Colombia.1pablo.trujillo@correounivalle.edu.co, 2gerardo.a.torres@correounivalle.edu.co, 3efrain.del@correounivalle.edu.co

RESUMEN:

Con el fin de explorar al desarrollo de dispositivos de generación de energía renovable no convencional, se diseñó y construyó un modelo a escala de laboratorio llamado Hidrogeneradorde Vórtice Horizontal. En esta investigación se prestó atención a la resistencia ejercida por eldispositivo al flujo libre de un canal; para ello, se evaluó la variación del perfil de velocidades a la entrada del dispositivo tomando datos experimentales con un medidor de velocidad acústico (AcousticDopplerVelocimeter). Inicialmente se midió el perfil de velocidades en el canal rectangular experimental aguas arriba del dispositivo en el flujo. Una vez obtenido este perfil experimentalmente conel ADVse logró obtener también un perfil de velocidades a la entrada del dispositivo. Este perfil se comparó con el de la simulación numérica con el uso de la velocidad media del perfil del flujo de aproximación del canal. La simulación fue realizada para las mismas dimensiones y condiciones hidrodinámicas del modelo experimental, haciendo uso de los modelos de turbulencia del software ABAQUS/CFD6.12 de tal forma que se pudiese validar,y así reducir el número de modelos implementados experimentalmente. Los resultados indican que la simulación realizada permite validar apropiadamente en relación con los datos experimentales y una curva de ajuste teórica. Por otro lado, también se destacanbeneficios en cuanto a un futuro escalamiento a un prototipo medianteleyes de escala que permita eldesarrollo de una microturbina de vórtice como producto de una serie de simulaciones.

ABSTRACT:

In order to contribute to the development of devices of no conventional renewable power energy, it was designed and built a laboratory scaled model called Horizontal Vortex Hydrogenerator. In this research close attention was paid to the resistance exerted for the device to the flow in theexperimental open channel; for this, the variation in the velocity profile was evaluated in the device entrance recording experimental data with SonTek® Acoustic Doppler Velocimeter (ADV 2D). Initially the velocity profile of the flow was measured in the rectangular experimental channel upstream of the flow. Once this profile was obtained, experimentally with ADV, the velocity profilein the deviceentrance was also achieved. This profile was compared with the results obtained by numerical simulation using the average velocity of the approaching flow profile in the channel. With the same hydrodynamic condition and model dimensions, the simulation was performed using the turbulence models of the software ABAQUS/CFD 6.12 so it could be validated, thus reduce the number of devices implementedexperimentally. The results show that those profiles obtained by simulation were validated suitably in relation with the experimental data and theoretical curve fit. Moreover, it was highlighted the benefits in terms of a futher scaling in a prototype by scale laws that allows to develop a micro vortex turbine as result of a set of simulations.

PALABRAS CLAVES:Cámara de vórtice; perfil de velocidades;simulación numérica.
NTRODUCCIÓN

Los vórtices o remolinos son conocidos por la humanidad desde sus inicios porque siempre han hecho presencia en la naturaleza, usando como medio al agua, aire y fuego (Lugt, 1995). La complejidad inherente a la naturaleza de su movimiento dificulta el tratamiento analítico, ya que al requerir un enfoque en coordenadas cilíndricas de las ecuaciones de...