Sistemas

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CENTRALES HIDRÁULICAS

REGULACIÓN DE VELOCIDAD
INTRODUCCIÓN
Una primera pregunta que vale la pena responder es, ¿por qué se tiene que
controlar la velocidad? se controla la velocidad porque se desea mantenerla lo
más próxima posible a un valor determinado.
Se requiere que la velocidad se mantenga constante la mayor parte del tiempo, y
además, que cuando sufra variaciones, regrese lomás pronto posible al valor de
referencia. La frecuencia del voltaje se mantendrá constante siempre que se
mantenga constante la velocidad.
Existen procesos industriales que demandan que la velocidad se mantenga
constante, tales como: las rotativas de la industria del papel, las textileras, la
extrusión de caucho y plástico, entre otras.
En este capítulo se estudiarán aspectos tales como lascomponentes del sistema
de regulación, los principios de funcionamiento de los reguladores, el concepto de
estabilidad y los aspectos relacionados con la regulación electrónica y digital.
Es muy importante visualizar la acción que se opera sobre la admisión del agua a
la turbina, con el objeto de producir cambios en la velocidad de la máquina.
Cuando se actúa sobre la posición de las agujas deuna turbina Pelton o sobre la
posición de los álabes de una turbina Francis, se afecta la velocidad de la turbina
como consecuencia del aumento o disminución de la cantidad de agua que
impacta al rodete. Si se abre, entonces se aumenta la velocidad, y si se cierra,
disminuye.
El objetivo fundamental del sistema de regulación de velocidad es poder actuar
sobre la posición de los órganos quecontrolan la admisión del agua a las turbinas.

TERMINOLOGÍA
Velocidad de embalamiento o de fuga (Run away speed). Es la velocidad
alcanzada por el grupo turbina-generador después de un rechazo de carga, si por
alguna razón el mecanismo de parada falla y la unidad no se detiene o si la rata de
parada no es lo suficientemente rápida. Se alcanzan valores entre el 150 y el
350% de la velocidadnominal.

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La magnitud de esta velocidad se relaciona con el diseño de la turbina, con la
operación de la misma y con los ajustes del regulador de velocidad; variará con la
ventilación y la fricción que el rodete de la turbina y el rotor del generador ofrecen
como una masa giratoria.
Para el caso de las turbinas Kaplan existen dosvelocidades de embalamiento
denominadas en álabe (on cam) y fuera de álabe (off cam), siendo esta última la
más alta, lo cual significa que el ángulo más plano de la posición de los álabes
causa la mayor velocidad de embalamiento.
El Departamento del Interior de Estados Unidos1 publicó algunas ecuaciones
empíricas para calcular la velocidad de embalamiento. Las ecuaciones son:
Para unidadesinglesas:

n r = 0.85 n n s

0.2

(6.1)

Para unidades métricas:

nr = 0.63 n ns

n max

0.2

⎡h ⎤
= n r ⎢ max ⎥
⎣ hd ⎦

(6.2)

0.5

(6.3)

Donde:
nr :

Velocidad de embalamiento a la mejor eficiencia y apertura total, en
[rpm].
n:
Velocidad sincrónica.
nmax : Velocidad de embalamiento a máxima cabeza.
ns :

Velocidad específica para máxima eficiencia y aperturatotal.

hd :

Cabeza de diseño en pies o en metros.

hmax : Cabeza máxima en pies o en metros.

ESTADOS UNIDOS. DEPARTAMENT OF INTERIOR. BUREAU OF RECLAMATION.
Selecting hydraulic reaction turbines : A Water Resource Technical Publication. Denver,
Colorado : U.S. Department of the Interior, 1976. 49 p. (Engineering Monograph No. 20).

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CENTRALESHIDRÁULICAS

Sobrevelocidad. Es la velocidad alcanzada por la turbina en condiciones
transientes después de un rechazo de carga, mientras el mecanismo de cierre del
regulador entra en acción. Cuando el mecanismo de cierre entre en acción se
deberá alcanzar la velocidad nominal de la turbina.
Cuando la acción de cierre es muy lenta, la sobrevelocidad puede aproximarse a
la velocidad de...