Turbina Hidroelectrica

DISEÑO DE UN MODELO DE MICRO TURBINA HIDRAULICA PORTÁTIL
Dr. Ing. Dölling Oscar Raúl, Depto. Hidráulica de la UNSJ
Ing. Daroni, Sergio, Becario SECyT prov. San Juan.
Urquiza 91 Norte C.P. (5400) San Juan - Argentina
odolling@unsj.edu.ar Tel/Fax: 054-264-4230779

RESUMEN
Este trabajo ilustra las etapas de diseño matemático, fabricación y prueba en laboratorio de un
modelo de micro turbinahidráulica portátil para poder ser acoplada a un generador
asincrónico y adaptarse a las redes de riego existentes a través de elementos de fijación a los
bordes de canales de agua.
La investigación centró la atención en el estudio de micro turbinas hidrodarrieus sumergibles
con rotor de eje vertical. Los resultados de los ensayos hidráulicos del modelo en un canal
vidriado inclinableconcluyeron que: este tipo de micro turbinas es lenta; su introducción en el
flujo de un canal puede producir un resalto hidráulico aguas abajo y una curva de remanso
hacia aguas arriba cuyas dimensiones dependen de la condiciones del flujo, de las
dimensiones del canal y del tamaño del rotor sumergido; la formación de este resalto puede
producir perturbaciones en el régimen de funcionamiento de laturbina; la geometría y
posición de los álabes del rotor afecta en forma muy significativa los valores de rendimiento
de la micro turbina; los costos de fabricación unitaria es del orden de los $1500/Kw. instalado,
pudiendo alcanzar menores valores con una producción en serie.

INTRODUCCIÓN
Este trabajo presenta la descripción de las distintas etapas de un proyecto presentado a
SECYT ley23877/90 en el año 1993 y ejecutado por personal docente de la Cátedra de
Hidráulica y Máquinas Hidráulicas del Departamento de Hidráulica de la Universidad
Nacional de San Juan, Argentina entre 1993 y 1996 que tuvo el objetivo de diseñar un modelo
de micro turbina hidráulica que permitiera evaluar el comportamiento de distintas
configuraciones de rotor, álabes y flujos a fin de diseñar una microturbina hidráulica y
realizar la transferencia de conocimientos al sector privado.
La investigación se centró en el estudio de los rotores hidrodarrieus (Davies, 1989);
(Takamatsu et al, 1992). Las hipótesis de trabajo aplicadas se fundamentaron en la teoría
aerodinámica de los rotores Darrieus de eje vertical de R.J. Templin (Strickland, 1976). En
realidad la patente de los rotores Darrieusdata de 1925 (Francia) y 1926 (Estados Unidos de
Norteamérica) sin embargo recién en 1960 la National Research Council of Canada (NRC)
comienza el desarrollo de esta tecnología. Una de las principales preocupaciones durante el
diseño de estas turbinas, es el estudio de las cargas cíclicas dinámicas que reciben los álabes
durante su rotación alrededor del eje del rotor. Dichas cargas son unafunción de la velocidad
del flujo, de la velocidad de rotación de la turbina y del número de álabes en el rotor dado el
efecto “sombra” que un álabe realiza sobre el otro durante su movimiento, este hecho influye
significativamente en el rendimiento de la turbina durante su operación. Se espera entonces
observar vibraciones en el rotor y fluctuaciones de rendimiento importantes durante elfuncionamiento de este tipo de micro turbinas aún cuando el régimen del flujo del canal donde
está instalada haya encontrado su equilibrio.
Este trabajo aborda el análisis computacional de las fuerzas que el flujo libre ejerce sobre
distintas geometrías de álabes y el diagrama de presiones que el flujo genera sobre el cuerpo
sumergido. Se realizó un estudio del campo de velocidades en losalrededores del perfil
sumergido y del diagrama de presiones resultantes sobre el contorno de los álabes del rotor
para distintas posiciones en su recorrido y distintas condiciones de flujo.
Para determinar el campo de velocidades y el de presiones se utilizó el ambiente de
simulación de elementos finitos ALGOR, en particular el módulo FluidFlow. Distintas
geometrías de perfil NACA de 4 dígitos...