UN ESTUDIO DE LA TURBINA DE FLUJO CRUZADO (EFECTO DEL ÁNGULO DE ATAQUE, ÁNGULO DE ENTRADA DEL ÁLABE Y RELACIÓN DE DIÁMETROS EN LA EFICIENCIA HIDRÁULICA)

Resumen

RESUMEN
En el presente trabajo se presenta una investigación teórica sobre el efecto de algunos parámetros de diseño en la eficiencia hidráulica del rotor de una turbina de flujo cruzado, el modelo matemático propuesto es desarrollado aplicando la formulación general del método del volumen de control a la ecuación del momento de la cantidad de movimiento en el rotor de la turbina y teniendo en cuenta algunas suposiciones
concernientes a las características del flujo así como de la geometría del rotor. El flujo que atraviesa el rotor es considerado como no viscoso, homogéneo, incompresible y estacionario; se desprecian las pérdidas de choque por la periferia interior y exterior del rotor así como las pérdidas por fugas. Como resultados del presente estudio se determinó el comportamiento de la eficiencia hidráulica al variar el ángulo de ataque, el ángulo de entrada del álabe así como la relación de diámetros del rotor, indicándose sus valores convenientes en cada caso. Fueron halladas también algunas relaciones óptimas entre estos parámetros de diseño. Además, se determinó que el ángulo de salida del álabe β₂ debe ser 90º. Finalmente, se obtuvo una expresión para la
estimación de la eficiencia hidráulica a diferentes regímenes de operación y para el cálculo de la contribución energética por etapa, respectivamente.
Palabras Clave: Método del Volumen de Control, Análisis Fluidodinámico, Turbina de Flujo Cruzado, Eficiencia Hidráulica, Microturbinas Hidráulicas, Turbomáquina.

ABSTRACT
In this paper a theoretical research about the effect of some design parameters on the hydraulic efficiency in runner of a cross-flow turbine is presented, the proposed mathematical modeling was developed by applying the general formulation of the control volume method to the motion quantity momentum equation in the turbine’s runner and taking into account also some assumptions concerning flow characteristics as well as the runner geometry. The flow crossing the runner was assumed non-viscous, homogeneous, incompressible,
and stationary; shock losses at the outer and inner runner periphery just like leakage ones were neglected. As results, it was found the behavior of the hydraulic efficiency by varying the attack angle, blade inlet angle, and runner diameter relationship, indicating suitable values in each case. Some optimal relationships among these design parameters were found, too. Moreover, it was determined that the blade exit angle β₂ must be 90º. Finally, it was obtained an expression to estimate the hydraulic efficiency to different operation regimes and for the calculation of the energetic contribution in each stage, respectively.
Key Words: Control Volume Method, Fluid Dynamic Analysis, Cross-Flow Turbine, Hydraulic Efficiency, Small Hydropower, Turbomachine.