Turbinas

Tercer Congreso Nacional – Segundo Congreso Iberoamericano
Hidrógeno y Fuentes Sustentables de Energía – HYFUSEN 2009

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OPTIMIZACION DE PICO TURBINAS HIDRAULICAS EXISTENTES: DISEÑO Y
FABRICACION DE COMPONENTES PRINCIPALES.
Ramoska J. A., Antonelli S. F., Varela P. G., Manelli A. H., Cotella N. G.
Universidad Nacional de Río Cuarto - Facultad de Ingeniería.
Ruta Nacional 36 Km. 601 – CP 5800Río Cuarto (Cba.) - Argentina.
Email: jramoska@ing.unrc.edu.ar

RESUMEN
En Latinoamérica se han observado gran diversidad de instalaciones de picocentrales hidráulicas para
generación eléctrica aislada. En un importante número de casos, la energía obtenida de estas instalaciones se encuentra limitada por las posibilidades técnicas y económicas imperantes en los diseños de
los componentesprincipales de dichas máquinas hidráulicas.
En el presente trabajo se busca una solución técnicamente viable para la optimización de instalaciones
existentes. En este marco se proponen reemplazar los componentes principales, el rotor y el distribuidor, de la máquina existente, a fin de obtener un mayor rendimiento y un funcionamiento más flexible
a los cambios de las condiciones de altura y caudal delsalto hidráulico. Para el diseño de ambos componentes se aborda la selección de perfiles hidrodinámicos basados en los coeficientes de sustentación
y de arrastre. En la fabricación de los nuevos componentes se utilizó el proceso de microfusión, construyendo los modelos con polímeros en un centro de mecanizado.
Se comparan los resultados de los ensayos de banco y simulaciones de dos turbinasdiferentes: una
preexistente, con un diseño escasamente elaborado y otra, la cual ha sido realizada siguiendo actuales
técnicas de selección y cálculo. Al realizar la comparación de ambos ensayos se observa, para el nuevo
diseño un mayor rendimiento en un rango más amplio de variación del caudal circulante.
Palabras Claves: Picoturbinas hidráulicas, generación aislada, diseño.

1. INTRODUCCIÓN

2.DESARROLLO

En una turbina hidráulica la conversión de energía del fluido en energía mecánica se realiza
mediante de dos elementos fundamentales: el
distribuidor y el rotor. El agua al transitar por el
distribuidor adquiere la dirección y velocidad
adecuadas para incidir en el rotor y en este transferir eficientemente la energía del fluido al eje de
la máquina. El diseño adecuado de estos componentesadquiere especial relevancia ya que condiciona el rendimiento de la transferencia de
energía. En nuestra región se han observado gran
diversidad de instalaciones de picocentrales
hidráulicas para generación eléctrica aislada. En
un importante número de casos, la energía obtenida de estas instalaciones se encuentra limitada
por las posibilidades técnicas y económicas en
los diseños de los componentescomo el rotor y
el distribuidor [1].

2.1 Caso estudiado: Instalación existente de
0,7 KW de potencia generada.
Se procedió al relevamiento de una instalación
existente en las sierras del sur de los Comechingones, próxima a la ciudad de Río Cuarto (Provincia de Córdoba) que cuenta con una altura
disponible de 3 m y un caudal de 163 m3/h. El
generador acoplado al eje de la turbina gira a un
régimende 2250 RPM.
Para estos parámetros el numero específico de
revoluciones es alto (Ns=586), propio de una
máquina de flujo axial [2].
En la figura 1 se muestran el rodete y el distribuidor de la instalación existente, ambos con 40
mm de diámetro de cubo y 128 mm de diámetro
exterior. Se adoptó un rotor de cuatro alabes,
como solución de compromiso entre rendimiento
y facilidad constructiva [3].Tercer Congreso Nacional – Segundo Congreso Iberoamericano
Hidrógeno y Fuentes Sustentables de Energía – HYFUSEN 2009

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Las componentes de la velocidad absoluta del
agua a la entrada del rotor se calcularon en base a
las expresiones:
2

C1 = C1u + C1a

2

(3)

C1a = Q / A = C m

(4)

C1u =

(5)

arctan(α 1 )
C1a

El cálculo de las componentes de la velocidad
relativa a la entrada del rotor...