OTROS ELEMENTOS DEL ENSAYO

Dique y apoyos del canal

Elementos de madera utilizados para apoyar el canal dentro del canal hidráulico del laboratorio de termofluidos. El dique cumple además la función de represar el agua dejando como única salida el canal de zinc-alum. Para sellar el dique se utilizó espuma expansiva, esta espuma también fue utilizada para sellar antiguas fugas del canal.

Canal

Canal de Zinc-Alum de 4 m de largo, 20 cm de ancho y 40 cm de alto, utilizado para montar la turbina y todo el sistema de ensayo. Fue doblado en el Laboratorio de Energías Renovables de la USM. Consta de dos piezas de 2m de largo. Para mantener la forma de U fueron atornillados 7 separadores de madera en la parte superior del canal, éstos también cumplen otras funciones como: fijar el sistema de tensión del freno prony, y permitir mover el canal tomándolo de éstos. El sellado del canal fue realizado con silicona y espuma expansiva. En la figura 3.14 se puede apreciar el canal de zinc-alum montado dentro del canal hidráulico de Termofluidos.

Turbinas

Se realizaron dos prototipos a escala de la turbina: una turbina Gorlov y una Gorlov-Savonius. Fueron hechas en una escala 1 : 0,125 mediante impresión 3D. La impresora utilizada fue una CubePro Duo facilitada por el departamento de IDP. Impresión en ABS, de los materiales disponibles éste es el que tiene mejores propiedades mecánicas para ser ensayado. Luego de ser impresos los rodetes fueron lijados y recubiertos con masilla de recorrido, nuevamente lijados y finalmente se pintaron con pintura poliéster en spray. En la figura 3.15 se ve uno de los dos rodetes a escala finalizado. Debido a que se trabaja en una escala de 1 : 0,125 el acabado superficial es muy importante, con este tratamiento se busca alcanzar el mejor acabado superficial posible.

Figura 3.14: Canal de Zinc-Alum montado en el canal hidráulico

Figura 3.15: Rodete Gorlov-Savonius

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Eje turbina

Eje de latón de 8mm de diámetro, tiene un tramo de 160 mm con un perfil hexagonal con el fin de encajar con la turbina, y que así pueda transmitir torque a través del eje.

Soporte de turbina

Estructura metálica, construida a partir de una laina de acero de 5 mm de espesor. Se dobló el metal en forma de U, y luego se ensambló como se ve en la figura 3.16. En la parte inferior se ensambló un soporte (del mismo material) para el rodamiento inferior. En la parte de arriba se ensambló un soporte de madera para el rodamiento superior. Todas las uniones están hechas con tornillos y tuercas 3/16”.

Rodamientos y cojinetes

Ambos rodamientos son sellados para evitar las fallas por filtración de agua. El rodamiento superior (608 ZZ) está afirmado por un soporte de madera. El rodamiento inferior (605 ZZ) está afirmado por un soporte metálico que se ensambla con la estructura mediante 2 tornillos M6.

Cuñas

Pieza triangular de madera utilizada para aumentar el nivel del flujo, se instala al final del canal. En el estudio se utilizaron 3 cuñas:

• Cuña pequeña: 20mm de altura.

• Cuña mediana: 40mm de altura.

• Cuña grande: 50mm de altura.

Figura 3.16: Estructura de soporte de la turbina

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Soporte de deflectores

Estructura similar al soporte para la turbina, a diferencia de que el eje en ésta no es pasante y se encuentra a 30 mm del centro de la estructura. El eje en el que van acoplados los deflectores tiene perfil plano y posee dos perforaciones para afirmar el deflector. Al igual que la estructura son pernos 3/16” los que afirman el deflector. Para mantener una distancia constante entre ambas estructuras (turbina y deflector) se utilizan dos placas que se fijan con tornillos M6 a las estructuras. En la figura 3.17 se aprecian ambas estructuras y todos los elementos ensamblados, es este ensamble el que luego se inserta en el canal para realizar las mediciones. Dependiendo del deflector se necesitan distintas distancias entre el eje del deflector y el de la turbina, es por eso que se utilizan dos pares de placas.

Placas separadoras

Placas metálicas perforadas hechas a partir de una laina de 5mm de espesor (figura 3.18). Cumplen con la función de separar ambas estructuras a una distancia específica. Dependiendo del deflector se necesitan distintas distancias, es por eso que se utilizan dos pares de placas, con diferentes distancias entre las perforaciones. En la figura 3.18 se ve la geometría de ambos pares de placas, las dimensiones están en mm.

Figura 3.17: Estructura de ensayo: soportes de deflector y turbina

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Deflectores

Para aumentar la eficiencia de la turbina se realizan mediciones con deflectores. Los deflectores están hechos de Zinc-Alum y van afirmados en el eje mediante pernos pasantes. En la figura 3.19 se ven 8 de los 9 deflectores utilizados en el ensayo. Cada deflector corresponde a un ángulo específico, y se ensayará a dos distancias diferentes (que son dadas por las placas separadoras). Para dar el ángulo apropiado se utilizó un transportador con una resolución de 1°.

Freno Prony

Sistema de freno utilizado como dinamómetro para medir el torque, está hecho de dos mordazas de madera que aprietan el eje (figura 3.21). Para dar fuerza de apriete a las mordazas (a) y (b) una de estas está conectada mediante un alambre (c) a una balanza de muelle, la cual está, a través de una cuerda, conectada a un eje que al enrollarse tensa la cuerda. El funcionamiento del freno prony fue explicado con más detalle anteriormente en este capítulo. En la figura 3.20 se puede ver todo el sistema de ensayo y de medición de torque.

Figura 3.19: Juego de deflecctores utilizados en el ensayo

Figura 3.20: Detalle de freno prony: mordaza fija (a), mordaza móvil (b) y alambre (c)

Figura 3.21: Sistema de ensayo y medición; Estructura deflector (1), Estructura turbina (2) y Sistema de tensión y medición de torque (3)

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