Desarrollo de turbinas hidrocinéticas : estudios fluidodinámicos y de resistencia de materiales, en aguas dulces y marinas

Abstract

En la actualidad, ha cobrado gran relevancia el potencial aprovechamiento de fuentes renovables para generación de energía eléctrica. Una de ellas es la energía derivada del movimiento de las aguas a causa de las mareas, conocida como energía cinética mareomotriz. En Patagonia, específicamente en la provincia de Chubut, es importante que se consideren acciones para el desarrollo de nuevas tecnologías que utilicen esta fuente. En esta tesis se describen las características generales del fenómeno de las mareas astronómicas en el litoral patagónico, con el fin de seleccionar potenciales sitios para el aprovechamiento energético en la costa chubutense. Se presentará un estudio de la performance de un rotor hidrocinético utilizando técnicas y análisis numéricos para determinar el tipo de hélice más conveniente, considerando las características de los diferentes sitios evaluados. Un aspecto importante a tener en cuenta en la disposición de estos dispositivos en el mar, es que operan en un ambiente altamente agresivo desde el punto de vista de la corrosión de las partes metálicas. También se presentará un análisis del comportamiento frente a la corrosión de materiales seleccionados (acero 304 y 430, aluminio y aluminio anodizado). Entre los principales resultados se observa que existen en la costa de Chubut las capacidades para implementar este tipo de proyectos. La región presenta sitios potencialmente buenos para instalar una turbina hidrocinética (THC), dado las condiciones hidrodinámicas (velocidades de corrientes) y la forma de la costa. Estos sitios son: boca del Golfo Nuevo, boca del Golfo San José, el Canal Leones y la desembocadura del Rio Chubut en el puerto de Rawson. Se concluye que este último no sería apto para instalar una THC. Concerniente al rotor hidrocinético, se optó por un modelo de eje horizontal de tres palas de pequeña dimensión y del tipo boyante entubado. El modelo propuesto fue capaz de captar un alto porcentaje (mayor al 80%) de la potencia teórica de diseño de 2200 W. El análisis del comportamiento frente al fenómeno de corrosión de los materiales propuestos, mostró que todos ellos sufrieron corrosión excepto el aluminio anodizado, permitiendo desmitificar el comportamiento de inmunidad frente a la corrosión de aceros inoxidables considerados frecuentemente como una alternativa resistente, ya que sufrieron deterioro en ambiente marino. Los resultados de pruebas en laboratorio, mostraron una muy buena correlación con el comportamiento de los mismos expuestos en el ambiente marino.

Nowadays, the potential use of renewable sources for the generation of electrical energy has gained great relevance. Among them, it is the energy derived from water movement due to tides, known as “tidal kinetic energy”. In Patagonia, specifically in Chubut coast, it is important to taking actions to develop these new technologies. An important aspect to take into account in the arrangement of these devices is that they operate in a highly aggressive environment, from the point of 4 view of corrosion of metallic parts. This thesis describes the general characteristics of astronomical tides on the Patagonian coast in order to select potential sites for energy use on the Chubut coast. A study of the performance of a hydrokinetic rotor will be presented using techniques and numerical analysis to determine the most convenient type of rotor, considering the characteristics of the different sites evaluated. An analysis of the behavior against corrosion of certain materials will be presented as well. Among the main results, it is observed that this type of project can be implemented on the coast of the Chubut province. The region presents potentially good sites to install a THC, given the hydrodynamic conditions (current speeds) and the shape of the coast. These sites are mouth of Nuevo Gulf, mouth of San Jose Gulf, the Leones Channel and the mouth of the Chubut River at Rawson Harbor. It was concluded that the latter one would not be suitable to install a THC. Regarding the hydrokinetic rotor, a three-bladed, small-dimension, horizontal-axis model of the tubed-buoyant type was chosen. The proposed model was able to capture a high percentage (between 80-100%) of the theoretical design power of 2200 W. The analysis of corrosion showed that all of the materials suffered corrosion except anodized aluminum. This outcome allows demystifying the behavior of immunity against corrosion of stainless steels, frequently considered as a resistant alternative, since they actually suffered deterioration in marine environment. The results of laboratory test on metallic corrosion showed good agreement with those observed in the field.