Diseño y construcción de un prototipo de rueda hidráulica tipo overshot con cangilones articulados.

Abstract

El presente trabajo de titulación tuvo como propósito diseñar un prototipo de rueda hidráulica con cangilones articulados y comparar su funcionamiento con una rueda hidráulica convencional de igual geometría. En la fase de diseño, se desarrollaron los componentes del sistema, desde la estructura base hasta las modificaciones en los cangilones para optimizar la retención de agua y mejorar el rendimiento general. Para la validación se construyó un banco de pruebas que incluye tanques de agua superior e inferior, una bomba de recirculación, un freno de Prony para medir el torque y sensores que accionan la bomba asegurando un flujo constante de agua. En el prototipo se emplearon cangilones de 7x5 pulgadas, complementados con rodamientos y acoples de grilón, lo que permitió maximizar el rendimiento en términos de torque. Este diseño alcanzó un torque máximo de 51.01 Nm, superando al valor de 41.44 Nm obtenido con la rueda hidráulica convencional bajo un caudal de 14.8 l/min. Este diseño, combinado con un riel de vaciado, facilita la descarga de agua al finalizar la trayectoria, asegurando un ciclo continuo de llenado y vaciado. Además, se desarrolló un software específico para realizar cálculos de torque y potencia, agilizando el proceso de análisis tras cada lectura de fuerza y velocidad obtenida en el banco de pruebas. Las simulaciones de dinámica de fluidos en el software XFlow versión estudiantil y las pruebas experimentales confirmaron una mayor retención de agua del prototipo articulado, evidenciando un mayor torque a altas velocidades y caudales. La construcción del proyecto se llevó a cabo utilizando materiales accesibles en la ciudad, lo que permitió reducir costos y elaborar mejores propuestas de diseño con materiales disponibles dentro del medio. Sin embargo, para los componentes principales, como los cangilones, se optó por adquirirlos fuera de la ciudad debido a que no se cuenta con este tipo de productos. Palabras clave: Rueda hidráulica, cangilones articulados, alimentación superior, banco de pruebas.