Ricerca articleDesign e l’attuazione di una turbina a flusso incrociato, per Pico idroelettrico di generazione di energia elettrica

Questo studio ha riguardato la progettazione, l’implementazione e la valutazione delle prestazioni di una turbina a flusso incrociato, in varie posizioni degli ugelli. Il materiale scelto della lama è stato analizzato facendo uso di ANSYS per il grado di deformazione e di sforzo nell’ambito dell’impatto dei getti idraulici per accertare la relativa idoneità mentre in funzione. L’albero è stato analizzato in condizioni statiche e dinamiche utilizzando ANSYS al fine di garantire una deformazione non plastica dell’albero in entrambe le condizioni. Il risultato di questa analisi è stato impiegato nell’analisi della risposta armonica dell’albero del corridore. Sono stati effettuati test convergenti sia per l’analisi dell’albero della lama che del corridore. È stato progettato un esperimento per la valutazione delle prestazioni della turbina a flusso incrociato utilizzando lo strumento di progettazione ottimale (personalizzato) della metodologia della superficie di risposta e sono state ottenute 69 simulazioni/esecuzioni. I fattori considerati nella progettazione sperimentale sono: distanza dell’ugello dall’albero, altezza dell’ugello e angolo di attacco. La turbina a flusso incrociato è stata costruita utilizzando valori di progettazione calcolati per tutte le parti della macchina. Le lame del corridore sono state posizionate specificamente all’angolo esterno della lama di 28° ed all’angolo interno della lama di 90°. La turbina è stata testata sotto una testa d’acqua e una portata di 6,4 m e 0,0042 m3/s rispettivamente. La potenza e l’efficienza dell’albero sono state valutate utilizzando la loro rispettiva formula. Le risposte sono state ottimizzate per ottenere la posizione ottimale dell’ugello che avrebbe dato le migliori prestazioni delle risposte utilizzando i modelli matematici di interazione a due fattori (2F1) in fattori codificati, sviluppati per ciascuna risposta. I risultati ottenuti hanno dimostrato che il materiale in acciaio a basso tenore di carbonio era adatto per la pala della turbina e l’albero è sicuro sia in condizioni statiche che dinamiche poiché le sollecitazioni e le deformazioni indotte non hanno mai superato il range consentito. Inoltre, ciascuna di queste posizioni degli ugelli considerate ha avuto un effetto significativo sulle risposte con l’altezza dell’ugello e l’angolo di attacco che hanno un effetto combinato sulle prestazioni della turbina. Le migliori prestazioni della turbina sono state ottenute con un angolo di attacco inferiore, una distanza dell’ugello molto vicina all’albero del canale e un’altezza dell’ugello che attualizzerà una maggiore energia ai profili delle pale superiore e inferiore. I modelli matematici sviluppati per ogni risposta hanno un valore di correlazione più elevato, suggerendo che i modelli sono adatti per prevedere le risposte ai livelli di fattore considerati. Sono stati ottenuti una distanza ottimale dell’ugello, un’altezza e un angolo di attacco rispettivamente di 102 mm, 413 mm e 5°. In questa posizione dell’ugello, l’alternatore ha dato un’uscita di 35watt e 6V. Quando sono stati impiegati due trasformatori di tensione, ha dato 200VOLT AC. La turbina può essere commercializzata su larga scala per una maggiore potenza di uscita utilizzando le posizioni degli ugelli ottimali determinate.

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