Diseño y construcción de un banco de pruebas para medir las potencias de entrada y salida de una turbina tesla para el laboratorio de Turbomaquinaria de la Facultad de Mecánica

El presente proyecto nació de la necesidad de los estudiantes de la Facultad de Mecánica de disponer de un banco de pruebas en el que se pueda analizar la transformación de energía hidráulica a energía mecánica y a su vez comprender los principios físicos que existen detrás del funcionamiento de una turbina Tesla. Por lo tanto, el objetivo de la presente investigación fue diseñar y construir un banco de pruebas para medir las potencias de entrada y salida de una turbina Tesla variando las condiciones de operación para el laboratorio de Turbomaquinaria de la Facultad de Mecánica. La implementación del banco de pruebas en cuestión partió del uso de la metodología VDI 2221, en donde se generó una lista de exigencias la cual trata de solventar los requerimientos de los estudiantes, en lo referente al diseño del sistema hidráulico, se empezó con la selección de la bomba para consecuentemente realizar el diseño de la turbina en donde se estableció las características de los discos; para la extracción de datos se trabajó con sensores de flujo, presión, velocidad angular, voltaje e intensidad, los cuales se conectaron a una pantalla Nextion, consecuentemente se analizó la estructura y se validó mediante los softwares ANSYS y SAP 2000. Para la validación del prototipo se realizó pruebas experimentales a diferentes grados de apertura de la válvula para el control de caudal y el análisis de integridad de cada uno de los elementos durante el funcionamiento del sistema, además se evaluó los rangos de error de los sensores al compararlos con instrumentos analógicos. En este contexto se concluyó que la turbina alcanza una eficiencia del 33% a 30,16 rad/s cuando trabaja en condiciones favorables y al máximo rango de apertura de la válvula, siendo 17 LPM el mínimo caudal del funcionamiento.This project arose from the need of students in the Mechanical Engineering faculty to have a test bench to analyze the conversion of hydraulic energy into mechanical energy and understand the underlying physical principles of a Tesla turbine. Therefore, the objective of this research was to design and construct a test bench to measure the input and output powers of a Tesla turbine while varying the operating conditions for the Turbomachinery laboratory of the Mechanical Engineering faculty. The test bench implementation followed the VDI 2221 methodology, which generated a list of requirements to meet the student's needs. Regarding the design of the hydraulic system, it began with the pump selection, followed by the creation of the turbine, where the characteristics of the discs were established. Data extraction was performed using flow, pressure, angular velocity, voltage, and current sensors connected to a Nextion display. The structure was analyzed and validated using ANSYS and SAP 2000 software. Experimental tests were conducted at different degrees of valve opening to control the flow rate and analyze the integrity of each element during system operation to validate the prototype. The sensor error ranges were also evaluated by comparing them with analog instruments. It was concluded that the turbine achieves an efficiency of 33% at 30.16 rad/s under favorable conditions and at the maximum valve opening range, with a minimum flow rate of 17 LPM for operation