Modelo matemático del desempeño de turbogeneradores hidráulicos sumergibles para la recuperación de energía en redes de distribución de agua potable. Caso de estudio: Tanque Puerta del Sol del Acueducto Metropolitano de Bucaramanga – AMB S.A. E.S.P

Este proyecto de grado se deriva del artículo publicado en Energy Conversion and Management titulado «Mathematical model to evaluate the performance of submersible hydraulic turbogenerators for energy recovery from water distribution networks». En el presente documento se desarrolla y amplía ese tra...

Full description

Autores:
Pedraza-Corzo, Hernán Darío
Tipo de recurso:
Fecha de publicación:
2025
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/32315
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/32315
Palabra clave:
Energy engineering
Technological innovations
Energy
Submersible turbogeneration
Water distribution network
Energy recovery
Characteristics curves
Performance prediction
Hydraulics renewable energy systems
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Electrical interconnection systems
Water (Distribution)
Ingeniería en energía
Innovaciones tecnológicas
Energía
Modelos matemáticos
Sistemas de interconexión eléctrica
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Red de distribución de agua
Recuperación de energía
Curvas de características
Predicción del rendimiento
Sistemas hidráulicos de energía renovable
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description Este proyecto de grado se deriva del artículo publicado en Energy Conversion and Management titulado «Mathematical model to evaluate the performance of submersible hydraulic turbogenerators for energy recovery from water distribution networks». En el presente documento se desarrolla y amplía ese trabajo, profundizando: el estado del arte, la metodología aplicada y el problema de investigación que motivó la publicación. Con este contexto, el presente trabajo propone un modelo predictivo para caracterizar turbogeneradores sumergibles integrando leyes de afinidad y técnicas de análisis de datos experimentales, validado sobre un equipo Perga Ingenieros de 35 kW instalado en la red de distribución del Acueducto Metropolitano de Bucaramanga (Colombia). El modelo se calibró con datos experimentales y frente a modelos publicados; su desempeño se cuantificó mediante MAPE, SCE, R2 y RMSE; los resultados muestran mejoras relativas sustantivas frente a las referencias evaluadas —aproximadamente 65% en MAPE, 76% en SCE, 28% en R2 y 55% en RMSE—, evidenciando una mayor fidelidad predictiva en el intervalo operativo estudiado.
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Ávila, C. A. M., Sánchez-Romero, F. J., López-Jiménez, P. A., & Pérez-Sánchez, M. (2021a). Definition of the Operational Curves by Modification of the Affinity Laws to Improve the Simulation of PATs. Water 2021, Vol. 13, Page 1880, 13(14), 1880. https://doi.org/10.3390/W13141880
Pedraza-Corzo, H. D., Sebastian Mendoza Castellanos, L., Lisbeth Galindo Noguera, A., & Fabian Jaimes Rojas, J. (2024). Mathematical model to evaluate the performance of submersible hydraulic turbogenerators for energy recovery from water distribution networks. Energy Conversion and Management, 318, 118891. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2024.118891
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En el presente documento se desarrolla y amplía ese trabajo, profundizando: el estado del arte, la metodología aplicada y el problema de investigación que motivó la publicación. Con este contexto, el presente trabajo propone un modelo predictivo para caracterizar turbogeneradores sumergibles integrando leyes de afinidad y técnicas de análisis de datos experimentales, validado sobre un equipo Perga Ingenieros de 35 kW instalado en la red de distribución del Acueducto Metropolitano de Bucaramanga (Colombia). El modelo se calibró con datos experimentales y frente a modelos publicados; su desempeño se cuantificó mediante MAPE, SCE, R2 y RMSE; los resultados muestran mejoras relativas sustantivas frente a las referencias evaluadas —aproximadamente 65% en MAPE, 76% en SCE, 28% en R2 y 55% en RMSE—, evidenciando una mayor fidelidad predictiva en el intervalo operativo estudiado.Acueducto Metropolitano de Bucaramanga – amb S.A. E.S.PResumen.............................................................................................................................. 8 Abstract............................................................................................................................... 9 Introducción ...................................................................................................................... 10 Planteamiento y justificación del problema de investigación........................................... 14 Objetivos........................................................................................................................... 16 Objetivo general............................................................................................................ 16 Objetivos específicos.................................................................................................... 16 Marco Referencial............................................................................................................. 17 Marco conceptual.......................................................................................................... 17 Antecedentes de la tecnología de turbogeneración hidráulica sumergible ............... 19 Marco teórico................................................................................................................ 23 Estado del arte................................................................................................................... 28 Metodología ...................................................................................................................... 41 Desarrollo.......................................................................................................................... 42 Descripción del sitio de estudio y montaje experimental ............................................. 42 Validación de modelo propuesto................................................................................... 54 Análisis de resultados y discusión ................................................................................ 56 Turbogeneradores hidráulicos: alternativa viable para la generación de electricidad en sistemas de distribución de de agua. ..................................................................................... 68 Conclusiones..................................................................................................................... 71 Recomendaciones ............................................................................................................. 73 Referencias bibliográficas................................................................................................. 74MaestríaThis degree project is derived from the article published in Energy Conversion and Management entitled “Mathematical model to evaluate the performance of submersible hydraulic turbogenerators for energy recovery from water distribution networks.” This document develops and expands on that work, delving deeper into the state of the art, the methodology applied, and the research problem that motivated the publication. In this context, this work proposes a predictive model to characterise submersible turbogenerators by integrating affinity laws and experimental data analysis techniques, validated on a 35 kW Perga Ingenieros unit installed in the distribution network of the Acueducto Metropolitano de Bucaramanga (Colombia). The model was calibrated with experimental data and compared with published models; its performance was quantified using MAPE, SCE, R2 and RMSE; the results show substantial relative improvements compared to the references evaluated —approximately 65% in MAPE, 76% in SCE, 28% in R2 and 55% in RMSE— demonstrating greater predictive accuracy in the operating range studied.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Modelo matemático del desempeño de turbogeneradores hidráulicos sumergibles para la recuperación de energía en redes de distribución de agua potable. Caso de estudio: Tanque Puerta del Sol del Acueducto Metropolitano de Bucaramanga – AMB S.A. E.S.PMathematical model of the performance of submersible hydraulic turbogenerators for energy recovery in drinking water distribution networks. Case study: Puerta del Sol tank of the Acueducto Metropolitano de Bucaramanga – amb S.A. E.S.PThesisinfo:eu-repo/semantics/masterThesisTesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/redcol/resource_type/TMMagíster en Ingeniería en EnergíaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaMaestría en Ingeniería en EnergíaMIE-2158Energy engineeringTechnological innovationsEnergySubmersible turbogenerationWater distribution networkEnergy recoveryCharacteristics curvesPerformance predictionHydraulics renewable energy systemsMathematical modelsElectrical interconnection systemsWater (Distribution)Ingeniería en energíaInnovaciones tecnológicasEnergíaModelos matemáticosSistemas de interconexión eléctricaAgua (Distribución)Turbogéneración sumergibleRed de distribución de aguaRecuperación de energíaCurvas de característicasPredicción del rendimientoSistemas hidráulicos de energía renovableAbdullah, M. F., Jauhari, I., Mohd Sabri, M. F., & Nik Ghazali, N. N. (2021). A Novel Vertical Axis Parallel Turbines System for In-pipe Hydropower Generation: Conceptual Design and Preliminary Experiment. Https://Doi.Org/10.1080/15567036.2021.1880501. https://doi.org/10.1080/15567036.2021.1880501Ávila, C. A. M., Sánchez-Romero, F. J., López-Jiménez, P. A., & Pérez-Sánchez, M. (2021a). Definition of the Operational Curves by Modification of the Affinity Laws to Improve the Simulation of PATs. Water 2021, Vol. 13, Page 1880, 13(14), 1880. https://doi.org/10.3390/W13141880Pedraza-Corzo, H. D., Sebastian Mendoza Castellanos, L., Lisbeth Galindo Noguera, A., & Fabian Jaimes Rojas, J. (2024). Mathematical model to evaluate the performance of submersible hydraulic turbogenerators for energy recovery from water distribution networks. Energy Conversion and Management, 318, 118891. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2024.118891ORIGINALCarta de aprobación de la Facultad Hernan D Pedraza C.pdfCarta de aprobación de la Facultad Hernan D Pedraza C.pdfCarta de aprobacionapplication/pdf219062https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/32315/2/Carta%20de%20aprobaci%c3%b3n%20de%20la%20Facultad%20Hernan%20D%20Pedraza%20C.pdfdb9826e309731988ecf80c467ec1afecMD52open accessLicencia.pdfLicencia.pdfLicenciaapplication/pdf389509https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/32315/6/Licencia.pdf762e0492c746c05af7ac5bdb931c845dMD56metadata only accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-8829https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/32315/5/license.txt3755c0cfdb77e29f2b9125d7a45dd316MD55open accessTHUMBNAILCarta de aprobación de la Facultad Hernan D Pedraza C.pdf.jpgCarta de aprobación de la Facultad Hernan D Pedraza C.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg10407https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/32315/7/Carta%20de%20aprobaci%c3%b3n%20de%20la%20Facultad%20Hernan%20D%20Pedraza%20C.pdf.jpg0a5b870837784736f8d91b559ee605a4MD57open accessLicencia.pdf.jpgLicencia.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg10407https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/32315/8/Licencia.pdf.jpg0a5b870837784736f8d91b559ee605a4MD58metadata only access20.500.12749/32315oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/323152025-11-27 22:02:07.095open accessRepositorio Institucional | Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABrepositorio@unab.edu.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