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Proyecto Integrador de Cuarto Nivel “Feria de la Ciencia en la Universidad” Facultad de Ingeniería Programas de Ingenierías en Energía, Mecatrónica y Biomédica

Ficha de Inscripción del Tema de Investigación TÍTULO DEL PROYECTO:

CONCEPTO

ELABORACIÓN DE UN PROTOTIPO DE TURBINA TESLA

ESTUDIANTES:

CÓDIGO

Joan E. Rodríguez R.

U00130088

Juan P. Chacón B.

U00114462

Armando Aguilar Bernal

U00114469

1. JUSTIFICACIÓN DE LA ELECCIÓN DEL CONCEPTO A ESTUDIAR En el mundo actual, la energía es un bien de gran valor en nuestras vidas diarias; esto se debe en gran medida al consumo constante de los recursos que son utilizados para sustentar nuestros estilos de vida. Desde la comunicación hasta el entretenimiento, cada aparato eléctrico que nos rodea consume una cantidad significante de energía llevándonos a pensar erróneamente que los recursos energéticos y las fuentes de las mismas parecieran ser inagotables, cuando las mismísimas leyes físicas niegan tal afirmación. Actualmente, en Colombia, La mayor parte de la energía generada para consumo proviene de las centrales hidroeléctricas (aproximadamente un 70%). Esto denota la importancia del recurso hídrico de la nación así como la dependencia del país del correcto funcionamiento y eficacia de dichas centrales eléctricas. Sin embargo, muchas regiones del país no cuentan con servicio eléctrico; y aquellas que lo hacen en ocasiones presentan problemas como bajones esporádicos de corriente y apagones. Aunque las causas pueden variar, una de las razones puede ser la ineficiencia de las máquinas para producir energía, puesto que esta se pierde en forma de calor. Razón por la cual estudiamos la turbina de Tesla; la cual, en teoría debería ser capaz de producir energía con una eficiencia considerablemente grande.

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2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL Crear un prototipo funcional de una turbina Tesla. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ● ● ● ●

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Investigar sobre el modelo matemático para explicar los fenómenos ocurridos. Diseñar las piezas para ensamblar el prototipo. Analizar la cantidad de energía obtenida para darle un uso eficiente. Concluir resultados del proyecto para trabajos futuros y dudas que surjan.

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3. BREVE DESCRIPCIÓN DEL FENOMENO MECÁNICO, QUÍMICO, TÉRMICO, ELÉCTRICO, MAGNÉTICO, ONDULATORIO Y/O FLUÍDICO Mecánica de fluidos:La Mecánica de Fluidos estudia las leyes del movimiento de los fluidos y sus procesos de interacción con los cuerpos sólidos. Los fluidos pueden estar en estado líquido como por ejemplo o gases. viscosidad: se refiere a la fricción interna, o resistencia al flujo, de un fluido. Todos los fluidos reales tienen una resistencia interna al flujo la cual puede verse como fricción entre las moléculas del fluido. Fuerza viscosa: Es la resistencia al flujo de un fluido por parte del material con el que mantiene contacto. Las fuerzas viscosas en un fluido son proporcionales a la tasa a la cual cambia la velocidad del fluido en el espacio. Fuerza centrípeta:es la fuerza o al componente de la fuerza que actúa sobre un objeto en movimiento que pasa por una trayectoria curvilínea y que está dirigida hacia el centro de curvatura de la trayectoria. Espesor de la capa límite: Se define como la distancia perpendicular a la superficie, desde la misma hasta el punto donde la velocidad de flujo es igual al 99% de la velocidad de corriente libre. Flujo libre: Flujo presentado cuando un líquido fluye por acción de la gravedad viéndose parcialmente envuelto por un contorno sólido. Presenta una superficie en contacto con la atmósfera, llamada superficie libre. Cuando el fluido es agua a temperatura ambiente, el flujo es generalmente turbulento.

4. MODELO MATEMÁTICO 3

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Caudal(Flujo): Se define como caudal al volumen de agua(V) que atraviesa un canal en un tiempo determinado(t) representado con la letra Q.

También es posible medir el caudal según el volumen que pasa en un determinado tiempo cuando se toma la longitud de la tubería(d) y se multiplica por el área transversal(A).

Igualmente, se puede calcular la misma ecuación al multiplicar la velocidad del fluido(v) por el área transversal. *d/t = A*v Presión: Es la fuerza que actúa sobre una superficie determinada. Esta se ve afectada de forma inversamente proporcional al área sobre la cual se efectúa dicha fuerza.

Potencia Eléctrica: La Potencia Eléctrica(P) es la Energía(E) absorbida o emitida (si es un generador) por un Aparato Eléctrico en un instante o momento determinado(t). Se puede calcular con las siguientes fórmulas:

Energía cinética: La energía cinética es una forma de energía, conocida como energía de movimiento. La energía cinética de un objeto es aquella que se produce a causa de sus movimientos que depende de la masa y velocidad del mismo.

Torque:

5. PROPUESTA A DESARROLLAR (Descripción del prototipo, características) Diseñar, construir y ensayar un prototipo de turbina de Tesla de sencilla construcción, 4

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rendimiento aceptable y bajo costo con el fin de convertir la energía cinética que me proporciona el rotor de la turbina en energía eléctrica. El prototipo estará compuesto por: - Rotor - Alabes - Carcasa con tobera - Eje - Discos - Bujes - Soportes PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Como resultado del paso continuo del fluido entre los discos se tiene una transferencia de momento entre el fluido y los discos, lo cual desarrolla una potencia de salida en el eje. El fluido se inyecta en los espacios entre los discos en una dirección aproximadamente tangencial a la periferia del rotor, en el ángulo de la boquilla. La viscosidad y la adhesión del líquido a la pared son los fenómenos básicos de dicha turbina.

6. ESTADO DEL ARTE

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Hernández, J. B., Flores Lara, V., Bedolla Hernández, M., Cortés Rodríguez, L. G., & Ramírez Angulo, B. (2020, 21 octubre). “Análisis para el diseño de una turbina de discos para uso con biomasa”.

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA

http://somim.org.mx/. http://somim.org.mx/memorias/memorias2020/articulos/A1_77.pdf •

El proyecto presente trata de la creación de una turbina de Tesla para la microgeneración de potencia eléctrica a escala reducida con el uso de biomasa se relaciona con el expansor o la turbina.

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El proceso de diseño, construcción y evaluación de una turbina de discos sin álabes, con enfoque para su potencial aplicación en microgeneración a escala reducida. Las características de desempeño de ese tipo de turbinas la hacen especialmente aplicable para operar a partir de procesos donde se genera vapor a escala reducida, como por ejemplo de calderas pequeñas. Para este caso particular el combustible usado es biomasa sólida de residuo forestal.

•

En este documento se ha presentado el diseño de una turbina de discos, considerando el principio y las ventajas de funcionamiento de una turbina de adhesión. Para lo cual se parte de las características de un sistema prototipo de referencia. El enfoque del proceso de diseño considera valores para microgeneración, donde el fluido de trabajo se obtiene de una caldera que usa biomasa sólida como combustible proveniente de residuo forestal. El análisis se enfocó en el incremento de los tiempos de funcionamiento y la reducción del consumo del gasto másico de la turbina

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Todos los parámetros recomendados a la hora de hacer una turbina de Tesla.

PROBLEMA DEL PROYECTO

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SOLUCIÓN

CONCLUSIÓN

APORTE A SU PROYECTO

Cabrera Acosta, S. F. (2017). “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA

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TURBINA TESLA PARA UN BANCO DE PRUEBAS DE COMPROBACIÓN DE EFICIENCIA EN LA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA”.

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA

http://repositorio.uta.edu.ec/bitstream/123456789/25816/1/Tesis%20I. %20M.%20389%20-%20Cabrera%20Acosta%20Santiago %20Fabricio.pdf PROBLEMA DEL PROYECTO

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El proyecto presente trata de la inexistente utilización de equipos transformadores de energía hidráulica a mecánica, para

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comprobación de eficiencia. SOLUCIÓN

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La creación de este modelo de turbina de tesla se ha llevado a cabo para un banco de pruebas de comprobación de eficiencia.

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En este documento se ha presentado la modelización de los componentes de una turbina de Tesla. De acuerdo a lo investigado, entre más alto se requiera el número de revoluciones por minuto en el eje, menor será el espacio que exista entre discos. Siendo este solo un valor tentativo para el desempeño de la turbina ya que como señala este proyecto, la velocidad angular de salida dependerá de factores importantes como son el caudal y la presión que se inyecta al estator.

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Descripción de modelos matemáticos mecánicos para la elaboración de una turbina de Tesla.

CONCLUSIÓN

APORTE A SU PROYECTO

NCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y DE INTERNET Acolgen. (2019). Acolgen – Asociación Colombiana de Generadores de Energía Eléctrica,. Recuperado 18 de agosto de 2021, de https://www.acolgen.org.co/#: %7E:text=Capacidad%20instalada-,en%20Colombia,son%20plantas%20de%20fuentes %20renovables Fis. Jiménez Carballo, C. A. (2018, 20 junio). MECÁNICA DE FLUIDOS: VISCOSIDAD Y TURBULENCIA [Diapositivas]. Repositorio TEC. https://repositoriotec.tec.ac.cr/bitstream/handle/2238/10194/Din%C3%A1mica%20de %20fluidos%20viscosos.pdf?sequence=1&isAllowed=y#:~:text=La%20viscosidad %20se%20refiere%20a,entre%20las%20mol%C3%A9culas%20del%20fluido.&text=La %20unidad%20en%20el%20SI,%3D%201%20Pa%20%C2%B7%20s). %20https://repositoriotec.tec.ac.cr/bitstream/handle/2238/10194/Din%C3%A1mica %20de%20fluidos%20viscosos.pdf?sequence=1&isAllowed=y#:~:text=La %20viscosidad%20se%20refiere%20a,entre%20las%20mol%C3%A9culas%20del %20fluido.&text=La%20unidad%20en%20el%20SI,%3D%201%20Pa %20%C2%B7%20s). Schlumberger. (2021). Fuerza viscosa. Recuperado 18 de agosto de 2021, de https://glossary.oilfield.slb.com/es/terms/v/viscous_force Gallegos, A., 2021. MECÁNICA DE FLUIDOS II. [online] Dicis.ugto.mx. Available at: [Accessed 18 August 2021]. Cabrera Acosta Santiago Fabricio , (2017).“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA TURBINA TESLA PARA UN BANCO DE PRUEBAS DE COMPROBACIÓN DE EFICIENCIA EN LA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA”[PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO].UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO.

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Arreola González, D. G., Granados ÁVila, E. E., & Luna Pineda, J. L. (2017, marzo). DISEÑO y FABRICACIÓN DE UNA TURBINA TESLA DE AIRE A NIVEL LABORATORIO. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.28011.95523 Gonzalez, J., Martinez, C., & Riveros Z, A. (2016, octubre). TORQUE Y CURVA DE POTENCIA DE UNA TURBINA DE TESLA CON UNA Y DOBLE ENTRADA. http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/66754/Documento_completo.pdfPDFA.pdf?sequence=1&isAllowed=y Yumpu.com. (s. f.). M. E. Guevara A. Recuperado 18 de agosto de 2021, de https://www.yumpu.com/es/document/read/26393591/flujo-libre-el-flujo-libre-sepresenta-cuando-los-liquidos-fluyen-/3 Hernández, J. B., Flores Lara, V., Bedolla Hernández, M., Cortés Rodríguez, L. G., & Ramírez Angulo, B. (2020, 21 octubre). “Análisis para el diseño de una turbina de discos para uso con biomasa”. http://somim.org.mx/. Bedolla, J., Vicente, L., Bedolla, M., Cortés, L. and Ramírez, B., 2020. Análisis para el diseño de una turbina de discos para uso con biomasa. [online] Somim.org.mx. Available at: [Accessed 18 August 2021]. Cabrera Acosta, S. F. (2017). “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA TURBINA TESLA PARA UN BANCO DE PRUEBAS DE COMPROBACIÓN DE EFICIENCIA EN LA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA”. http://repositorio.uta.edu.ec/bitstream/123456789/25816/1/Tesis%20I.%20M. %20389%20-%20Cabrera%20Acosta%20Santiago%20Fabricio.pdf Redondo, M. A. M. (2020, 22 septiembre). Fundamentos básicos de hidráulica (I). iAgua. https://www.iagua.es/blogs/miguel-angel-monge-redondo/fundamentosbasicos-hidraulica-i Potencia Eléctrica Continua y Alterna Todo. (s. f.). areatecnologia. Recuperado 9 de septiembre de 2021, de https://www.areatecnologia.com/electricidad/potenciaelectrica.html#Correccion_del_Factor_de_Potencia "Energía cinética". En: Significados.com. Disponible en: https://www.significados.com/energia-cinetica/ Consultado: 15 de septiembre de 2021, 10:32 pm.

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OBSERVACIONES DEL PROFESOR (Sustentación Ficha de Inscripción)

FECHA DE REVISIÓN Seguimiento Primer Corte Fecha

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FIRMA RECIBIDO

Tema

Firma

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Seguimiento Segundo Corte Fecha

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