Desarrollo y optimización de una pala de hélice de turbina ligera para aprovechamiento de energía mareomotriz

Abstract

[ES] El objetivo central del proyecto es el desarrollo de una pala ligera y de alto rendimiento técnico para la hélice de una turbina para generación de energía mareomotriz. Se seleccionarán los materiales adecuados para conseguir máximo rendimiento técnico con ligereza. El proyecto presenta un marcado carácter multidisciplinar que integra diseño CAD, selección material, fabricación, estudio hidrodinámico, estudio estático, dimensionamiento y estudio económico. Los objetivos parciales son: 1.- Diseño sobre plataforma de SolidWorks de la pala de hélice de turbina considerando los requerimientos técnicos de este tipo de componente. 2.- Estudio hidrodinámico de las diversas soluciones desarrolladas y determinación de estados tensionales/presiones hidrodinámicas. 3.- Análisis resistente en condiciones de servicio mediante herramientas basadas en el método de los elementos finitos. 4.- Estudio del proceso de fabricación y análisis de la viabilidad económica del producto.

[EN] The present final degree project presents the design and calculation of one of the blades employed in the propellers of tidal turbines, which are subjected to significant requests due to the high density of the sea water in which they operate. Consequently, it is very important to carry out a detailed study of the composite materials, as well as the election of the ideal blade to obtain a good performance when transforming the kinetic energy of the ocean currents into mechanical energy and then to electric energy. The design of the blade will be conducted after a brief introduction about the history and the different types of energy that we can obtain from the ocean currents and the waves. The design consists on obtaining a hydrodynamic model and a structural model. The hydrodynamic model needs some input parameters like for example the speed of the sea current. The different tangential and axial forces that will act over the blade are supplied by the hydrodynamic model and will be used as the input for the structural model. The latter will provide a distribution of the deformations along the blade according to the materials selected. Then, a hydrodynamic and structural simulation will be carried out with the help of a program of finite elements called SolidWorks. Finally, an economic study of the item will be conducted considering the materials employed and their manufacturing process.

[CA] En el present Treball de Fi de Grau es realitza el disseny i càlcul d'una de les pales empleades en les hèlices de les turbines mareomotriu, les quals estan sotmeses a sol·licitacions significatives degudes a l'alta densitat de l'aigua del mar en què operen. És per això que resulta de la màxima importància un bon estudi dels materials d'aplicació, així com l'elecció d'una geometria de pala idònia per a obtenir un bon rendiment a l'hora de transformar l'energia cinètica dels corrents marines en energia mecànica per a posteriorment per mitjà d'un generador elèctric produir electricitat. Després d'una breu introducció sobre la història i dels distints tipus d'energies que podem obtenir dels corrents marines i l'onatge s'abordarà el disseny de la pala. El disseny consisteix en l'obtenció d'un model hidrodinàmic i un altre estructural, per al model hidrodinàmic seran necessaris uns paràmetres d'entrada com per exemple la velocitat del corrent marina. Les distintes forces tangencials i axials que actuaran sobre la pala són proveïdes pel model hidrodinàmic i s'utilitzaran com a entrada per al model estructural, el qual proporcionarà una distribució de les deformacions al llarg del tram de la pala en funció dels materials que s'hagen seleccionat. Es realitzarà una simulació hidrodinàmica i una altra estructural amb l'ajuda d'un programa d'elements finits, concretament el programa SolidWorks. Finalment, es realitzarà un estudi econòmic de la peça considerant els materials utilitzats i el seu procés de fabricació.