El proyecto consiste en diseñar una turbina hidrocinética de tamaño reducido para uso en ríos montañosos, con el objetivo de generar energía para casas individuales, de forma similar a los paneles solares. Esta idea surge principalmente debido a que el acceso a energía eléctrica en la región es difícil para algunas familias, debido a los prolongados procesos legales para la instalación de postes de energía, los cuales pueden tardar más de 2 años. Además, se presentan dificultades para implementar sistemas de energías renovables convencionales.
Los sistemas fotovoltaicos pierden efectividad por la variabilidad y alta frecuencia de lluvias y nubosidades. No hay vientos constantes en la zona para un sistema eólico efectivo, y la topografía montañosa dificulta su implementación. Los sistemas de energía hidráulica convencionales requieren grandes caídas de agua para funcionar, lo cual es un problema porque los ríos de la región se encuentran encañonados en los valles.
Por lo anterior, se plantea la alternativa de generación mediante una turbina hidrocinética, que se instalaría dentro del cauce de los ríos, aprovechando así la abundancia de ríos en la región sin necesitar grandes caídas de agua. Inicialmente, el proyecto pretende diseñar una turbina de tipo Savonius flotante, cercana a la superficie del río. Este tipo de turbinas ya está en desarrollo [3], sin embargo, no existen modelos comerciales para uso doméstico que se adapten a las condiciones de los ríos de la región, y las pocas que existen tienen costos muy elevados [2].
Durante el proyecto, se llevarán a cabo pruebas a escala en un ambiente simulado en el laboratorio de Ensayos Hidráulicos. En estas pruebas, se evaluará la efectividad de diferentes diseños de turbinas y se analizarán distintos medios de flotación y su efecto en el desempeño de la turbina. Aunque en la literatura existen estudios paramétricos sobre el desempeño de las turbinas Savonius [1], es necesario contrastar estos estudios en el laboratorio debido a las limitaciones de los estudios paramétricos CFD y las simplificaciones necesarias por costos computacionales.
Para la fabricación de los prototipos de la turbina, se realizarán piezas mediante manufactura aditiva (impresión 3D), lo que permitirá iterar rápidamente entre diferentes diseños y evaluar su efectividad. Además, para las piezas que requieran propiedades mecánicas superiores a las ofrecidas por las técnicas de manufactura aditiva, se fabricarán moldes para materiales compuestos usando manufactura aditiva.
Hasta la fecha, el proyecto ha llevado a cabo pruebas de concepto para validar la viabilidad de construir un prototipo funcional de turbina flotante para ríos turbulentos. En estas pruebas, se construyó un prototipo de bajo costo para evaluar su comportamiento en el agua y estimar las magnitudes de las fuerzas a las que estará sometido en el río objetivo, el Río Chorreras. El prototipo se evaluó a una velocidad de agua de 1.7 m/s. Aunque el prototipo de prueba no incluye sistemas de flotación ni sistemas eléctricos, se observó que, gracias al arrastre del agua y al anclaje mediante cables, el prototipo se mantiene cerca de la superficie. Las velocidades medidas en el Río Chorreras se encuentran en el rango superior de las velocidades de ríos estudiados reportadas en la literatura [3], lo que permite utilizar los estudios existentes para estimar el potencial de generación de la turbina. [1] |