Ingeniero Civil Mecánico / Actualmente se investiga el desempeño de turbinas Tesla en la generación de energía de
mineroductos de transporte de sólidos bajo presión, debido a que, además de ser una tecno-
logía con huella de carbono nula, al ser el flujo paralelo a la superficie de los discos, estos
minimizarían los daños por erosión, reduciendo los costos en mantención de los equipos.
Por medio de simulaciones de fluido-dinámica computacional (CFD, por su sigla en inglés)
se caracterizaron y compararon dos geometrías (con y sin listones radiales) de rotores de tur-
binas Tesla, a través de sus curvas características de potencia, caída de presión y rendimiento
v/s caudal, para distintas velocidades de giro.
La metodología de trabajo consistió en utilizar una geometría compuesta por dos discos
paralelos de 8[pulg] de diámetro, un espaciado de 1[pulg] y un diámetro de salida en uno de
los discos de 2[pulg] de diámetro; ambos discos unidos por 4 pasadores. Con esta geometría
se realizó una prueba de independencia de malla y se determinó el número de elementos que
optimiza el tamaño de malla respecto a la calidad de los resultados. Luego se verificaron los
resultados a partir de una geometría base, comparando los resultados de una única simu-
lación de esta geometría con un desarrollo teórico modificado para ser adaptado al caso en
estudio. Finalmente se simularon 60 casos, correspondientes a las 2 geometrías distintas, con
5 velocidades de giro y 6 caudales, para obtener a partir de ellos las curvas características de
ambos rotores.
Las simulaciones fueron desarrolladas utilizando mallas hexaédricas de aproximadamente
1.000.000 de elementos, con métricas de calidad de malla conservadoras para evitar tanto
problemas de convergencia como posibles errores sistemáticos en los resultados.
A partir de las curvas características se obtiene que con la geometría con listones radiales,
las potencias son mayores, las caídas de presión son menores, y los rendimientos mayores
respecto de los mismos parámetros evaluados en la geometría sin listones. En particular, los
rendimientos de la geometría con listones son aproximadamente el doble de los de la geometría
sin listones, variando de 20% a un caudal de 60[m3 /h], a 60% a 10[m3 /h]. De acuerdo a esto,
las curvas sugieren que, solo teniendo en cuenta el punto de vista fluido-dinámico, la geometría
con listones es más eficiente en la generación de energía.
Al observar el campo de velocidades en una superficie cercana a los discos, se ve que al
pasar entre los ribs y alrededor de los pasadores (zonas en que disminuye el área de paso del
fluido) el flujo se acelera, pudiendo provocar un mayor desgaste por abrasión en los discos.
Además, al agregar ribs, estos se ven impactados de forma perpendicular por el flujo, lo cual
los expone a un mayor riesgo de desgaste por erosión.
Finalmente, se encontraron las curvas de operación de las geometrías, las cuales permiten
conocer el rendimiento y potencia de trabajo para una determinada combinación de caudal
y velocidad de giro.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UCHILE/oai:repositorio.uchile.cl:2250/147439 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Páez Olate, Diego Andrés |
| Contributors | Calderón Muñoz, Williams, Vargas Uscategui, Alejandro, Elicer Cortés, Juan |
| Publisher | Universidad de Chile |
| Source Sets | Universidad de Chile |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Tesis |
| Rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Chile, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/cl/ |
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