“Diseño de un sistema de energía hidrocinética en aplicaciones a pequeña escala en la comunidad ancestral de San Isidro en la provincia de Cotopaxi

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Date

2025

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Ingeniería Civil y Mecánica. Carrera Ingeniería Mecánica

Abstract

The current project focuses on the design of a hydrokinetic turbine that would mitigate regional energy deficit and would replace the use of petrol generators, thus reducing fossil fuel dependence. By providing a clean and sustainable energy supply, this proposed solution will support the operation and implementation of other planned and ongoing community projects. During the design process, data were collected detailing the flow rate and variations in overall flow; these measurements were taken at the water-capture point at the start of the irrigation system. These parameters are fundamental for assessing the potential use of the kinetic energy of water; by applying theoretical principles such as Betz’s law and Houlsby’s theory, the current project further calculates system performance rates and also estimates the effects of system blockages or disruption. This research, and the proposal developed herein, identifies and designs a system that would meet critical energy needs at the community level. Through technical calculations, this work determines critical variables such as the amount of power generated, the angular velocity, and the acting torque on the rotor axis. Additionally, a CFD (computational fluid dynamics) simulation model was used to analyze flow mechanics around the turbine itself. Based on these calculations, an estimated output power was obtained of 98.46 Wh. This represents a viable alternative for renewable energy generation – suitable not only for the specific needs of The Ancestral Community of San Isidro, but also more broadly for off-grid rural communities elsewhere in Ecuador and around the world.

Description

El presente trabajo se enfoca en el diseño de una turbina hidrocinética orientada a mitigar el déficit energético de la zona, reduciendo así la dependencia de combustibles fósiles. Esta solución permitirá mejorar las condiciones operativas de los proyectos en ejecución, garantizando un abastecimiento energético limpio y sostenible. Durante el proceso de diseño, se consideraron los datos obtenidos en el punto de captación del sistema de riego, la velocidad del flujo y la disponibilidad del caudal en el río. Estos parámetros son fundamentales para el aprovechamiento de la energía cinética del agua, aplicando principios teóricos como la Ley de Betz y la Teoría de Houlsby, que permiten estimar el rendimiento y el efecto de bloqueo en sistemas confinados. La propuesta desarrollada en esta investigación permitió identificar y diseñar un sistema que satisfaga las necesidades energéticas de la comunidad. A través de cálculos técnicos se determinaron variables críticas como la potencia generada, la velocidad angular, el momento y el torque actuante sobre el eje del rotor. Adicionalmente, se empleó un modelo de simulación CFD que permitió analizar el comportamiento del flujo alrededor de la turbina, Como resultado, se obtuvo una potencia útil de salida estimada en 98,46 Wh, lo cual representa una alternativa viable para la generación de energía renovable en comunidades rurales no interconectadas.

Keywords

TURBINA HIDROCINÉTICA, LEY DE BETZ, ENERGÍA ELÉCTRICA, MODELO CFD, SISTEMA ENERGÉTICO, ENERGÍA LIMPIA, VELOCIDAD ANGULAR

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