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Erschienen in: Clean Technologies and Environmental Policy 3/2024

16.11.2023 | Original Paper

Assessment of a prototype of gravitational water vortex turbine: experimental validation of efficiency

verfasst von: Miguel Ángel Zamora-Juárez, Víctor Hugo Guerra-Cobián, Adrián Leonardo Ferriño-Fierro, José Luis Bruster-Flores, Carlos Roberto Fonseca Ortiz, Boris Miguel López-Rebollar

Erschienen in: Clean Technologies and Environmental Policy | Ausgabe 3/2024

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Abstract

The present work focuses on the evaluation, by best efficient point (BEP), Nash–Sutcliffe efficiency (NSE), mean square relative error (MSRE), relative mean error (RME) and residual bias (BIAS) of a prototype of a gravitational water vortex turbine. The analysis performed using computational fluid dynamics was experimentally validated to quantify the accuracy of the mathematical model. The estimation of the statistical parameters mentioned was made for different response variables, such as vortex height \(H_{v}\), torque \(T_{s}\), mechanical power \(P_{m}\) and efficiency \(\eta_{t}\), in order to identify biases in different areas of the simulation. The BEP was determined for a flow rate of \(6.0 {l \mathord{\left/ {\vphantom {l s}} \right. \kern-0pt} s}\) with an efficiency of 58.13% in the experimental part and 54.62% in the numerical modeling, with the vortex height as the critical parameter of the system due to its influence on performance. The NSE and MSRE indicators were positioned as the functions with the best adaptability for the response parameters by criteria and sensitivity. Meanwhile, the RME, MSRE and BIAS presented significant differences for the values of mechanical power and torque. Regarding the electrical efficiency of the generator, it was estimated at 27.68% for the BEP with an average decrease of 3.1% per unit of flow supplied from this point. Therefore, the turbine is subject to the conditions of the generator (torque and number of revolutions per minute) and vortex height, which control the optimization of the system.

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Zurück zum Zitat ANSYS I (2021). ANSYS-CFX 2021-R2 Manual User (2021 R2). ANSYS Inc. ANSYS I (2021). ANSYS-CFX 2021-R2 Manual User (2021 R2). ANSYS Inc.
Zurück zum Zitat Corporation, DSS (2020). Solidworks 2019 software mannual. Dassault Systèmes SolidWorks Corporation. Corporation, DSS (2020). Solidworks 2019 software mannual. Dassault Systèmes SolidWorks Corporation.
Zurück zum Zitat Energía, S. de. (2021). Balance Nacional de Energía 2020. Energía, S. de. (2021). Balance Nacional de Energía 2020.
Zurück zum Zitat Guerra Cobián VH (2007). Análisis del efecto de discretización espacial en el modelado de cuencas hidrológicas utilizando el modelo distribuido CEQUEAU-ONU. Universidad Autónoma del Estado de México. Guerra Cobián VH (2007). Análisis del efecto de discretización espacial en el modelado de cuencas hidrológicas utilizando el modelo distribuido CEQUEAU-ONU. Universidad Autónoma del Estado de México.
Zurück zum Zitat Zamora-Juárez MA, Guerra-Cobián VH, Fonseca Ortiz CR, López-Rebollar BM, Ferriño Fierro AL, Bruster Flores JL (2022) Performance of modified gravitational water vortex turbine through CFD for hydro power generation on micro-scale. J Braz Soc Mech Sci Eng 44(11):545. https://doi.org/10.1007/s40430-022-03834-yCrossRef Zamora-Juárez MA, Guerra-Cobián VH, Fonseca Ortiz CR, López-Rebollar BM, Ferriño Fierro AL, Bruster Flores JL (2022) Performance of modified gravitational water vortex turbine through CFD for hydro power generation on micro-scale. J Braz Soc Mech Sci Eng 44(11):545. https://​doi.​org/​10.​1007/​s40430-022-03834-yCrossRef
Metadaten
Titel
Assessment of a prototype of gravitational water vortex turbine: experimental validation of efficiency
verfasst von
Miguel Ángel Zamora-Juárez
Víctor Hugo Guerra-Cobián
Adrián Leonardo Ferriño-Fierro
José Luis Bruster-Flores
Carlos Roberto Fonseca Ortiz
Boris Miguel López-Rebollar
Publikationsdatum
16.11.2023
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Clean Technologies and Environmental Policy / Ausgabe 3/2024
Print ISSN: 1618-954X
Elektronische ISSN: 1618-9558
DOI
https://doi.org/10.1007/s10098-023-02641-w

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