Trabajos

METODOLOG~A DISENO PRELIMINAR PARA PEQUENAS
DE
TURBINAS DE REACCION

Ariel R. Marchegiani
Facultad de Ingenieria - Universidad Nacionalde Comahue
Calle Buenos Aires No1400 - (8300) Neuquen - Argentina
RESUMEN
Este trabajo ha sido llevado a cabo afin de analizar la tendencia general de diseno de pequenas
turbinas de reaccion de hasta 5000 kW y obtener una metodologia de diseno preliminar.Se
trabajo con dos esquemas basicos correspondientes a turbinas radiales (tipo Francis) y a turbinas axiales (tipo helice y Kaplan). Esto se realizo mediante un analisis estadistico de datos
provisto por varios fabricantes. Estas expresiones representan los valores de diseno de los
diferentes parametros hidraulicos y geometricosde las pequenas turbinas de reaccion. Algunos de estos parametrosson la Velocidad Especifica, el Coeficiente de Cavitacion, el Coeficiente de Velocidad Periferica, etc. Este trabajo puede ser usado como la base para una rapida
estimacion preliminarde los parametros fundamentales de una pequenaturbina de reaccion a
utilizar en un pequeno aprovechamiento hidroelectrico.
INTRODUCCI~N
En los ultimos 30 anos, la explotacion de los pequenos cursos de agua ha sidodesestimada, ya
que las pequenas centrales fueron consideradas antieconomicasdebido al relativo bajo costo
de la electricidad y los altos costos de fabricacion. sin embargo, recientemente se ha despertado un fuerte interes en la explotacionde pequenos potencialeshidraulicos. Por lo tanto, explotar
un pequeno recurso hidraulico adecuadamente es de gran importancia tecnica y economica.
Laspequenas turbinas hidraulicastienen ciertas ventajas y pueden ser instaladas en diversos
lugares remotos donde exista una demanda de electricidad.

Existen muchos cursos de agua naturales que aun no han sido aprovechados, ya que los costos de inversion pueden ser altos en relacion a la energia que puede obtenerse de ellos. Por
este motivo una apropiada seleccion y un adecuado diseno amplia elcampo de los proyectos
economicamente factibles, aprovechables por medio de turbinas de reaccion.
El diseno apropiado de una turbina de reaccion es esencial a fin de obtener un rotor que sea
eficiente y libre de cavitacion.

VI1 ENCUENTRO LATlNOAMERlCANOEN PEQUENOS APROVECHAMIENTOS HIDROENERGETICOS

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METODOLOG/ADE DISENO PRELIMINAR PARA PEQUENASTURBINAS DE REACCION

Este tipo deturbinas pueden ser montadas con eje vertical u horizontal. El montaje vertical
permite una planta de central mas pequena y posibilitauna ubicacion mas profunda de la turbina con relacion al nivel de restitucion, sin por ello comprometer la ubicacion del generador, que
se mantiene elevado. Los costos de los generadores verticales son mayores que los horizontales por la necesidad de poseer mayorescojinetes de empuje. No obstante la reduccion de obras
civiles para unidades de pequena potencia, generalmente desplaza el encarecimiento en los
costos del equipamiento hidromecanico.
El siguiente analisis ha sido realizado para turbinas de reaccion de hasta 5000 kW, con un
rango de alturas entre 8 y 230 metros para turbinas radiales y entre 2 y 14 metros para turbinas
axiales, resultandoadecuada la dispersionde las relaciones obtenidas.

PARAMETROS DE UNA TURBINA HIDRAULICA
La seleccion de una turbina hidraulica esta basada en la altura y el caudal disponible. En las
pequenas turbinas un diseno y fabricacion economicos deben ser conjugados con una razonable eficiencia. Para obtener esto se debe realizar una apropiada seleccion de los parametros
basicos.
Velocidad EspecificaGeneralmente, la velocidad especifica define una turbina y determina no solo el tipo sino tambien su forma. Se puede asumir un diseno apropiado, conociendo los parametros nominales,tal
como la Altura Neta H y el Caudal Nominal Q. la velocidad especificaque caracteriza a cada
turbina puede ser expresada como:

ns, -

Q

0.5

H -0.75

donde n es la velocidad de rotacion de la turbina...