fluidos

IMPACTO DE LAS VIBRACIONES INDUCIDAS POR EL FLUIDO EN EL
DISEÑO DE TURBOMÁQUINAS HIDRAULICAS

1. CONGRESO NACIONAL DE LA FACULTAD DE INGENIERIAS
FISICOMECÁNICAS
Bucaramanga, 14 al 16 de Noviembre de 2012

IMPACTO DE LAS VIBRACIONES INDUCIDAS POR EL FLUIDO EN EL DISEÑO DE
TURBOMÁQUINAS HIDRAULICAS
Castro Peralta, A. M.*; Botero, F.
Universidad EAFIT, Carrera 49 N° 7 Sur – 50, Medellín*e-mail: acastro1@eafit.edu.co

RESUMEN
El mercado actual de la energía eléctrica está condicionando la operación y el diseño de la maquinaria utilizada para
la generación. Las turbinas hidráulicas, son obligadas a operar en rangos lejos al punto de diseño, donde los flujos
desarrollan fenómenos hidrodinámicos que pueden conducir a daños inesperados y catastróficos. El tránsito
turbulento delfluido alrededor de componentes, como los álabes, genera los llamados vórtices de Kárman. La
interacción fluido-estructura, bajo condiciones específicas de operación, puede intensificar las vibraciones y el ruido.
Se han documentado casos de estructuras que han colapsado debido a las vibraciones inducidas por vórtices de este
tipo. En este trabajo se presentan los resultados preliminares delestudio experimental del comportamiento de un
perfil hidrodinámico sometido a diferentes condiciones de flujo. Se evaluaron experimentalmente diferentes
parámetros de desempeño de un perfil NACA0009 montado en el túnel de cavitación de alta velocidad en el
Laboratorio de Máquinas Hidráulicas de Lausana LMH; una cámara de alta velocidad y un vibrómetro láser
permitieron observar detalladamentelos vórtices y medir las vibraciones directamente sobre el perfil sin perturbar el
flujo. La presión en la sección de prueba del túnel se redujo de manera controlada para generar cavitación en el
núcleo de los vórtices y hacerlos visibles. Los resultados preliminares se comparan con los resultados publicados por
otros autores.
PALABRAS CLAVE: vórtices de Kárman, vibraciones, cavitación, perfilhidrodinámico.

INTRODUCCIÓN
La energía eléctrica, comúnmente conocida como la electricidad, es un componente clave en el progreso de un
mundo dominado por la tecnología eléctrica, electrónica y digital. Al ser una fuente secundaria de energía, la
electricidad puede ser obtenida a través de la conversión de las fuentes primarias, como los combustibles fósiles, la
energía nuclear o energíaverde. La energía eléctrica tiene la gran ventaja de ser flexible, barata, limpia, fácil de
controlar y transmitir. Existen diferentes fuentes de generación de energía eléctrica tales como las térmicas (carbón o
nuclear), las hidroeléctricas, las eólicas y las solares [1].
La Agencia Internacional de Energía (AIE) señala que la base de la vida moderna del mundo depende de la
producción deenergía por combustibles fósiles en un 62% y que a medida que los países se industrializan y sus
poblaciones aumentan, también crece el consumo de energía [2]. Sin embargo, en Colombia los datos varían; la
producción de energía depende 81.2% de las plantas hidroeléctricas, 18.6% plantas térmicas y 0.1% otras energías
[3].
Debido a la geografía y la abundancia de agua en nuestro país, la generaciónhidroeléctrica tiene aun un gran
potencial en contraste con países desarrollados como Suiza, donde el potencial hídrico esta desarrollado casi en su
totalidad. Por otra parte, la manera como operan estas centrales ha cambiado en los últimos tiempos, anteriormente
las máquinas eran operadas siguiendo las recomendaciones del fabricante, cerca al punto de diseño; actualmente, la
energía hace partedel mercado bursátil, y las políticas de operación son influenciadas por el precio fluctuante del
kilovatio/hora, es decir, de acuerdo a la oportunidad y sin tener en cuenta los límites de operación, ni la
disponibilidad del recurso hídrico que a su vez depende de las condiciones climáticas y meteorológicas. Tales
condiciones de uso conlleva al desarrollo de fenómenos hidrodinámicos en la...