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UNIVERSIDAD DE LA FRONTERAFACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACINDEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICAAREA DE TERMOFLUIDOS

CENTRALES HIDRAULICAS

PROF. RENE CIFUENTES B

PROGRAMA ESPECIAL PARA INGENIERA MECANICA

TEMUCO 2006

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CARACTERISTICAS BASICAS DE LAENERGA HIDRAULICA

DESDE HACE MILES DE AOS, EL HOMBRE HA APROVECHADO ELFLUJO NATURAL DEL AGUA DESDE EL INTERIOR DE LOSCONTINENTES HASTA SU DESEMBOCADURA EN EL MAR PARAPRODUCIR ENERGA.

EN SUS ORGENES EL HOMBRE UTILIABA LA ENERGAMECNICA DIRECTAMENTE, POR EJEMPLO EN MOLINOS YFERRERAS.

A FINALES DEL SIGLO !I! APARECEN LAS PRIMERAS "CASAS DELU# $UE ERAN LA TRANSFORMACIN DE LA ENERGAMECNICA DE UN MOLINO TRADICIONAL EN ENERGAEL%CTRICA MEDIANTE UNA DINAMO.

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EN LOS &LTIMOS TIEMPOS SE HA GENERALIADO LATRANSFORMACIN DE EST ENERGA HIDRAULICA ENEL%CTRICA, ES EL ORIGEN DEL T%RMINO ENERGA

HIDROEL%CTRICA.

LA CANTIDAD DE ENERGA $UE EN TEORA SE PUEDEAPROVECHAR DE UNA CORRIENTE DE AGUA DEPENDE DE DOSMAGNITUDES' LA DIFERENCIA DE NIVELES $UE SALVA EL AGUAEN EL APROVECHAMIENTO Y EL CAUDAL DE AGUA DISPONIBLE.

ES DECIR, PUEDE SER INTERESANTE UN APROVECHAMIENTO CONUNA DIFERENCIA DE NIVELES PE$UEA Y UN GRAN CAUDAL YVICEVERSA.

LA ESTIMACIN DE LA ENERGA HIDRULICA ES FCIL SI SEDISPONE DE INFORMACIN SOBRE CAUDALES Y DIFERENCIAS DENIVELES. SIN EMBARGO, NO ES TAN FCIL ESTIMAR EL CAUDAL$UE PUEDE TRAER UN RO A LO LARGO DEL AO.

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POTENCIAL DISPONIBLE A NIVEL MUNDIAL

SE HAN ESTIMADO LAS PRECIPITACIONES ANUALES SOBRE LOSCONTINENTES EN ((.000 )*+ Y LA EVAPORACIN PROCEDENTEDE LOS CONTINENTES EN 62.000 )*+.

LA DIFERENCIA ENTRE ESTAS DOS CANTIDADES ES LA $UERETORNA A LOS OC%ANOS A TRAV%S DE LOS ROS, GLACIARES,

ETC.

ADMITIENDO $UE LA ALTURA MEDIA DE LOS CONTINENTESSOBRE LOS OC%ANOS ES DE UNOS -0 METROS, LA ENERGA

HIDRULICA M!IMA O BRUTA SERA DE +2 ! 0(JULIOS.

POR DIVERSOS FACTORES, ENTRE OTROS LA OROGRAFA,CONSERVACIN DEL MEDIO AMBIENTE, SOLO UNA PARTE DEESTA ENERGA BRUTA ES APROVECHABLE. SE HA ESTIMADO$UE LA ENERGA T%CNICAMENTE APROVECHABLE ES DE +./ !0(JULIOS.

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EN ((+ LA PRODUCCIN HIDROEL%CTRICA A NIVEL MUNDIALFUE DE ,2- ! 0 JULIOS, UNA $UINTA PARTE DE LA ENERGAT%CNICAMENTE APROVECHABLE.

AUMENTAR LA PRODUCCIN DE ENERGA HIDROEL%CTRICA,NO ES FCIL. EN LA MAYORA DE LOS PASES DESARROLLADOS,LOS APROVECHAMIENTOS HIDRULICOS MS FAVORABLES YAESTN SIENDO E!PLOTADOS Y SOLO A$UELLOS DE UNELEVADO COSTE DE CONSTRUCCIN O CON SERIOS

PROBLEMAS DE IMPACTO AMBIENTAL ESTN PENDIENTES DECONSTRUCCIN.NO ES EL CASO DE CHILE.

EL AUMENTO DE PRODUCCIN PASA POR UN MEJOR CONTROLDE LAS CUENCAS O LA E!PLOTACIN DE SALTOS PE$UEOS,

MINIHIDRULICA. CASO ACTUAL EN CHILE.

EN LOS PASES MENOS INDUSTRIALIADOS TODAVA E!ISTE UNPOTENCIAL CONSIDERABLE DE APROVECHAMIENTOS, PEROOTRO TIPO DE PROBLEMAS, COMO LOS POLTICOS, ESTNFRENANDO SU CONSTRUCCIN. CASO DECHILE

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EL HECHO DE TRATARSE DE UNA FUENTE DE ENERGARENOVABLE Y LIMPIA FAVORECE SU CRECIENTE IMPORTANCIA.

EN LAS CENTRALES DE AGUA FLUYENTE, PARTE DEL CAUDAL DELRO SE DESVA DE SU CAUCE POR MEDIO DE CANALES O T&NELESPARA TRANSPORTARLA A LA CMARA DE CARGA,

ESTE TIPO DE CENTRALES NO TIENE CAPACIDAD DE

ALMACENAMIENTO DE AGUA Y POR TANTO SU FUNCIONAMIENTODEPENDE DEL CAUDAL INSTANTNEO DEL RO.

ESTE TIPO DE CENTRALES SE CARACTERIAN POR TENER UNSALTO PRCTICAMENTE CONSTANTE Y UN CAUDAL TURBINADOMUY VARIABLE..

LAS CENTRALES DE EMBALSE SE CARACTERIAN POR LAE!ISTENCIA DE UNA PRESA $UE ALMACENA GRANDESCANTIDADES DE AGUA, LO $UE PERMITE CONTRARRESTAR LAIRREGULARIDAD EN EL CAUDAL DEL RO Y AUMENTAR ELDESNIVEL.

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A MEDIDA $UE LA CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO ES MAYORSE PODRA HABLAR DE CENTRALES DE REGULACIN DIARIA,

MENSUAL O ANUAL.ESTE TIPO DE CENTRAL ES ADECUADA CUANDO EL CAUDAL Y EL

SALTO SON GRANDES.

EN ES TIPO DE CENTRALES, LA SALA DE M$UINAS PUEDE ESTARCOLOCADA TANTO A PIE DE PRESA COMO ALEJADA DE ESTA.

LAS CENTRALES DE BOMBEO, SON INSTALACIONES EN LAS $UEEL AGUA $UE SE TURBINA HA SIDO PREVIAMENTE BOMBEADODESDE UN EMBALSE A OTRO CON UNA COTA SUPERIOR.

ESTE TIPO DE INSTALACIONES PERMITE $UE EL CONJUNTO DETODAS LAS CENTRALES DE PRODUCCIN DE ENERGAEL%CTRICA PRESENTEN UNA MAYOR FLE!IBILIDAD DEOPERACIN, YA $UE PARA BOMBEAR EL AGUA UTILIAN LAENERGA E!CEDENTE DE LOS PERIODOS DE BAJO CONSUMO.

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CAMPO DE APLICACIN DE LAS TURBINASHIDRULICAS

TURBINAS PELTON SALTOS SUPERIORES A 00 *.

TURBINAS TURGO SALTOS ENTRE 0 * Y 200 *.

TURBINAS MICHEL1BANI SALTOS ENTRE 2 * Y 200 *.

TURBINAS FRANCIS' SALTOS ENTRE 0 * Y /00 *.

TURBINAS H%LICE, APLAN' SALTOS INFERIORES A 60 *.

TURBINAS TUBULARES' SALTOS ENTRE 2 * Y / *.

EL CRITERIO ANTERIOR NO DEBE HACERNOS PENSAR $UE EL NSO 3S NO SE CONSIDERA.

SON RANGOS DE ALTURAS ORIENTATIVOS. E!ISTEN TURBINASPELTON PARA SALTOS INFERIORES A 200 *, TURBINAS FRANCIS ENSALTOS DE MENOS DE 20 * Y MS DE -00 *, TURBINAS APLANPARA SALTOS DE MS DE 0 * Y TURBINAS TUBULARES $UEPUEDEN UTILIARSE EN SALTOS DE MS DE 0 *.

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NUMERO ESPECIFICO DE REVOLUCIONES

PERMITE SELECCIONAR LA MA$UINA ADECUADA Y $UEPARA ESAS CONDICIONES NATURALES DE EL MEJORRENDIMIENTO.

PUEDE VERSE A CONTINUACIN, $UE EL N&MERO ESPECFICODE REVOLUCIONES NO ES ADIMENSIONAL, ES DISTINTOSEG&N EL SISTEMA UTILIADO, INGL%S, M%TRICO, SI.

4/5n

u

sH

Pn

=n

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PU 4 POTENCIA &TIL O DE ACCIONAMIENTO, EN HPNS 4 N&MERO ESPECFICO DE REVOLUCIONES

N 4 N&MERO DE REVOLUCIONES DE LA TURBINA 5RPMLA FRMULA ANTERIOR ES CLSICA Y TODAVA EN USO, SINEMBARGO COMO EST BASADA EN LOS HORSE PO7ER NO ESCOMPATIBLE CON EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES.AL APLICAR EL SI, DEBE INCORPORARSE EL FACTOR DE

CONVERSIN .+6 8HP97:, AS ES POSIBLE OBTENER EL NS ENFUNCIN DE 7.

[ ] [ ]2/1

kWu

4/5-kWu

2/5-s PHn1662.1=P36.1Hn=N

ESTA &LTIMA FRMULA ES CADA VE MS POPULAR, NOOBSTANTE LA MAYOR CANTIDAD DE GRFICOS EINFORMACIN EST BASADA EN LA ECUACION F4F8HP:

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CLASIFICACION DE LAS TURBINAS

LAS TURBINAS HIDRAULICAS SE CLASIFICAN EN M$UINASDE ACCIN Y REACCIN

EL RODETE DE LAS TURBINAS DE REACCIN ESTTOTALMENTE INMERSO EN AGUA Y ENCERRADO EN UNA

CMARA ESPIRAL A PRESIN.LOS LABES DEL RODETE ESTN CONSTITUIDOS PORPERFILES HIDRODINAMICOS A LO LARGO DE LOS CUALESCIRCULA LA CORRIENTE DE AGUA $UE GENERA UNAFUERA DE SUSTENTACIN $UE HACE $UE EL RODETE

GIRE.EN CONTRASTE, EN LAS TURBINAS DE ACCIN LOS RODETESFUNCIONAN A PRESIN AMBIENTE Y SON IMPULSADOS PORUNO O VARIOS CHORROS DE AGUA.

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TURBINAS DE ACCIN O DE IMPULSO

TURBINAS PELTON.

EL DISTRIBUIDOR EST CONSTITUIDO POR UNO O MS

INYECTORES.

EL RENDIMIENTO DE UNA TURBINA PELTON DEPENDEEN GRAN MEDIDA DEL DISEO DE LAS CAOLETAS.

LA REGULACIN DEL CAUDAL SE REALIA POR MEDIODEL DESPLAAMIENTO HORIONTAL DE UNA AGUJASITUADA EN EL EJE DEL INYECTOR

A LA SALIDA DEL INYECTOR SE DISPONE UN DEFLECTOR$UE PERMITE DESVIAR LA TRAYECTORIA DEL CHORROCUANDO SE RECHAA CARGA, Y AS EVITAR ELEMBALAMIENTO DEL RODETE.

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DISPOSITIVOS DE UNA TURBINA PELTON

EL CAMPO DE APLICACIN DE LAS TURBINAS PELTON ESEL DE LOS SALTOS ELEVADOS, SUPERIORES A 00 *, SINEMBARGO, CON EL FIN DE E!PLOTAR PE$UEASCENTRALES DICHO CAMPO SE HA AMPLIADO.

EN LA ACTUALIDAD SE COMERCIALIAN TURBINASPELTON PARA SALTOS ENTRE / Y -00 * Y POTENCIAS DE0, M7 Y / M7, CON RENDIMIENTOS M!IMOSCOMPRENDIDOS ENTRE EL (; Y EL (2;.

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TIPOS DE TURBINAS DE ACCIN

PELTON 6 INYECTORESTURBINA TURGO

LAS TURBINAS TURGO SE EMPLEAN EN MICROCENTRALES YPUEDEN OPERAR CON SALTOS COMPRENDIDOS ENTRE 0 * Y200 * DESARROLLANDO POTENCIAS DESDE /0 7 A /000 7.

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TURBINA BANI, O DE FLUJO CRUADO

PARA APROVECHAMIENTOS PE$UEOS, CAUDALES, 2/ A2000 L9S, CON SALTOS ENTRE 2 Y 200 * Y RENDIMIENTOSCOMPRENDIDOS ENTRE 0; Y /;. POTENCIAS ENTRE 0.-/Y M7.

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TURBINAS DE REACCIN

EN LA FIGURA SE PRESENTA UN TURBINA FRANCIS DE EJEHORIONTAL

TURBINA FRANCISHORIONTAL

DISTRIBUIDOR

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RODETES FRANCS !F"ENTE# S"$%ER ESCHER W&SS'

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EL CONSIDERABLE SOLAPE E!ISTENTE ENTRE EL CAMPO DEAPLICACIN DE LAS TURBINAS FRANCIS Y EL DE LAS TURBINASPELTON EN EL RANGO DE SALTOS COMPRENDIDOS ENTRE 200 *Y -00 * HACE DIFCIL ESTABLECER EL TIPO DE M$UINA MSADECUADO SIN REALIAR UN ESTUDIO PREVIO.

EN PRINCIPIO, PARA TOMAR UNA DECISIN PUEDEN SERVIRLAS SIGUIENTES CONSIDERACIONES'

1 A IGUALDAD DE SALTO Y POTENCIA LA TURBINA FRANCISTIENE DIMENSIONES GLOBALES MENORES, SIN EMBARGO, LAPELTON RE$UIERE UN VOLUMEN DE E!CAVACIN MNIMO.

1 DEBIDO A LA EROSIN DE LA ARENA, EN LA TURBINA FRANCISEL RENDIMIENTO ES SUPERIOR A LA PELTON, PUES EN LA

FRANCIS EL AGUA VA MEJOR GUIADA. EN LA PELTON LAEROSIN PROVOCADA POR LA ARENA, EN LA AGUJA Y EN LASCAOLETAS DE LA RUEDA, ES IMPORTANTE, DADO $UE EN%STAS EL AGUA CIRCULA A ALTAS VELOCIDADES.

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1 EN LA TURBINA PELTON NO HAY CAVITACIN, MIENTRAS $UE ENLA FRANCIS ES INEVITABLE. SE BAJAN PARA HACER $UE LAM$UINA TRABAJE CON EL MENOR VACIO POSIBLE.

1 LAS REVISIONES Y REPARACIONES DE LA TURBINA PELTON SONFCILES, MIENTRAS $UE EN LA TURBINA FRANCIS ES NECESARIO

REMOVER VARIAS PARTES DE LA M$UINA.

1 A IGUALDAD DE SALTO Y POTENCIA EL RENDIMIENTO M!IMO DELA TURBINA FRANCIS ES MAYOR $UE EL DE LA PELTON 8+; O MS:,SIN EMBARGO EL RENDIMIENTO DE LA FRANCIS DISMINUYE DEFORMA IMPORTANTE CUANDO LA M$UINA FUNCIONA A CARGASREDUCIDAS. POR ELLO, LA ELECCIN DE LA M$UINA DEPENDERDEL MODO DE FUNCIONAMIENTO DE LA TURBINA EN LA CENTRAL.

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TURBINAS H%LICE Y APLAN.

LAS TURBINAS H%LICE Y APLAN SON TURBINAS DE REACCIN

DE FLUJO A!IAL. SON EL RESULTADO DE LA EVOLUCIN DE LATURBINA FRANCIS DE FLUJO MI!TO HACIA UNA M$UINA MSRPIDA Y DE MAYOR CAUDAL, ADAPTADA A SALTOS DE MENORALTURA.

EL RODETE TIENE EL ASPECTO DE UNA H%LICE NAVAL, COMO SEOBSERVA EN LA FIGURA. Y EL AGUA LO ATRAVIESA ENDIRECCIN A!IAL.

RODETES TURBINA APLAN Y TURBINA H%LICE. FUENTE' SULER ESCHER 7YSS

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CENTRAL E$UIPADA CON TURBINA APLAN. FUENTE' VOITH.

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EL CAMPO DE APLICACIN DE LA TURBINA APLAN SE SOLAPACON EL DE LA TURBINA FRANCIS CUANDO ESTAS FUNCIONANCON SALTOS COMPRENDIDOS ENTRE +0 Y -0 *. AUN$UE LA

ELECCIN DE LA TURBINA ADECUADA DEPENDE DE MUCHOSFACTORES, MEDIANTE UN ANLISIS SIMPLE SE PUEDEN HACERLAS SIGUIENTES CONSIDERACIONES'

1 LA TURBINA APLAN SE ADAPTA MEJOR A LAS VARIACIONES

DE CARGA, DEBIDO A $UE SU CURVA DE RENDIMIENTO ENFUNCIN DEL CAUDAL ES MUY PLANA FRENTE A LA CURVA DEUNA TURBINA FRANCIS.

1 CUANDO LA TURBINA FRANCIS FUNCIONA CON CAUDALESINFERIORES A LOS CORRESPONDIENTES A UN 60; DE LA CARGA

M!IMA, EN EL TUBO DE ASPIRACIN TIENE LUGAR UNFENMENO DENOMINADO "ANTORCHA# $UE PUEDE DARLUGAR A FUERTES VIBRACIONES. EN LA TURBINA APLAN ESTEFENMENO NO SE PRESENTA Y FUNCIONA CON NORMALIDADINCLUSO A 0; DE LA CARGA M!IMA.

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1 LA TURBINA APLAN ES MS FCIL DE TRANSPORTAR DEBIDOA $UE LAS PALAS DEL RODETE SON DESMONTABLES Y ELDIMETRO DEL CUBO DEL RODETE NO SUPERA +,/ *.

1 PARA SALTOS SUPERIORES A /0 *, A IGUALDAD DE POTENCIA,LA TURBINA APLAN TIENE UN DIMETRO DE RODETE MAYOR$UE EL DE LA FRANCIS, SLO VARIACIONES IMPORTANTES ENEL SALTO O CARGA JUSTIFICARAN EL EMPLEO DE LA TURBINA

APLAN EN ESTOS CASOS.

TURBINAS TUBULARES.

LAS TURBINAS TUBULARES SON RELATIVAMENTE MODERNASY SU DESARROLLO SE DEBE A LA CRECIENTE DEMANDA DE

ENERGA, CON ESTE TIPO DE TURBINAS ES POSIBLEAPROVECHAR SALTOS DE PE$UEA ALTURA $UE NO ERARENTABLE E!PLOTAR CON LA TURBINA APLAN.

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EN LA ACTUALIDAD SE COMERCIALIAN TURBINAS TUBULARESPARA SALTOS COMPRENDIDOS ENTRE 2 M Y 20 M Y POTENCIASDE 0, M7 A 0 M7, CON RENDIMIENTOS M!IMOS

COMPRENDIDOS ENTRE (; Y (;.

ES$UEMA DE UNA CENTRAL CON GRUPO BULBO. FUENTE' SULER ESCHER 7YSS.

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LAS TURBINAS TUBULARES NO TIENEN VOLUTA, SONALIMENTADAS DIRECTAMENTE DESDE EL EMBALSE PORMEDIO DE UNA TUBERA RECTILNEA, GENERALMENTE MUY

CORTA.

EL RODETE DE FLUJO A!IAL PUEDE SER DE TIPO H%LICE8LABES FIJOS: O DE TIPO APLAN 8LABES ORIENTABLES:.

LA COINCIDENCIA DEL EJE DE GIRO DEL RODETE CON ELEJE DE LA TUBERA DE ALIMENTACIN FACILITA EL PASO DEGRANDES CAUDALES.

LA DESCARGA DEL AGUA $UE ATRAVIESA LA TURBINA SEREALIA MEDIANTE UNA TUBERA DIVERGENTE, EN FORMA

ANLOGA A LA TURBINA APLAN.

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EL CAMPO DE APLICACIN DE LOS GRUPOS BULBO PUEDEDIVIDIRSE EN LAS SIGUIENTES CATEGORAS'

- GRUPOS PARA MINICENTRALES $UE FUNCIONAN CON SALTOS

INFERIORES A 20 * PARA POTENCIAS COMPRENDIDAS ENTRE 0,M7 Y / M7. SON GRUPOS ESTANDARIADOS $UE SUELEN ESTARACOPLADOS A GENERADORES SNCRONOS. LA REGULACIN SEREALIA CON LAS PALAS ORIENTABLES DEL RODETE Y LOSLABES DEL DISTRIBUIDOR SON FIJOS.

- GRUPOS PARA RIOS DE GRAN CAUDAL CON SALTOS ENTRE /* Y 20 *. POTENCIAS UNITARIAS M!IMAS DE /0 M7.EMPLEAN DOBLE REGULACIN, ES DECIR, LOS LABES DELDISTRIBUIDOR Y DEL RODETE SON ORIENTABLES. EN EL CASODE SALTOS PE$UEOS ES NECESARIO ACOPLAR LA TURBINA ALGENERADOR POR MEDIO DE UNA CAJA REDUCTORA.

- GRUPOS EMPLEADOS EN CENTRALES MAREMOTRICES CONSALTOS VARIABLES. LA CENTRAL DE LA RANCE 8FRANCIA:EST E$UIPADA CON 2 GRUPOS DE 0 M7. EL SALTO M!IMOALCANADO ES +,/ * Y EL VOLUMEN DE AGUA ALMACENADAEN EL ESTUARIO ES DE MILLONES DE METROS C&BICOS.

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FRENTE A LAS TURBINAS APLAN CONVENCIONALES, LASTURBINAS BULBO PRESENTAN LAS SIGUIENTES VENTAJAS'

1 AL SER EL FLUJO TOTALMENTE A!IAL, HAY MENOS P%RDIDASHIDRULICAS, SE AUMENTA EL RENDIMIENTO HASTA 2;. ADEMSES POSIBLE AUMENTAR EL CAUDAL Y AS LA POTENCIA M!IMAE!TRADA, INCREMENTNDOSE LA PRODUCCIN ANUAL DEENERGA ENTRE EL /; Y 20 ;, A IGUALDAD DE DIMETRO

1 LAS DIMENSIONES DE LAS TURBINAS BULBO SONCONSIDERABLEMENTE MENORES $UE LAS DE LA TURBINAAPLAN E$UIVALENTE. POR OTRA PARTE LA AUSENCIA DE TUBODE ASPIRACIN ACODADO REDUCE CONSIDERABLEMENTE ELVOLUMEN DE E!CAVACIN AS COMO LA ALTURA DE LA SALA DEM$UINAS, INTERFIRIENDO MENOS CON EL PAISAJE.

1 LA TURBINA BULBO A PESAR DE SUS GRANDES VENTAJAS YVERSATILIDAD TIENEN EL INCONVENIENTE DE NO PODERSEACOPLAR A REDES EL%CTRICAS INDEPENDIENTES CON D%BILCOEFICIENTE DE AUTORREGULACIN, DEBIDO A SU BAJAINERCIA.

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INVESTIGACIN Y DESARROLLO TECNOLGICO PARA LAENERGA HIDRULICA

EL DESARROLLO TECNOLGICO SE EST ENFOCANDO HACIACONSEGUIR CUALIDADES TALES COMO, FIABILIDAD, DURABILIDAD,SUAVIDAD DE MARCHA A CARGAS REDUCIDAS, LIMITAR LAGENERACIN DE RUIDO Y VIBRACIONES.

LA INVESTIGACIN MODERNA SE CENTRA EN ASPECTOS TALESCOMO, CAVITACIN, MITIGACIN DE LA VIBRACIN,COMPORTAMIENTO EN TRANSITORIOS, FIABILIDAD DE LA M$UINAY DE SUS ELEMENTOS AU!ILIARES, SUAVIDAD DE MARCHA ACARGAS REDUCIDAS.

CONSIDERANDO EL RESPETO AL MEDIO AMBIENTE, LA TENDENCIAACTUAL ES INCREMENTAR LA PRODUCCIN DE ENERGAEL%CTRICA MEDIANTE MINICENTRALES, APROVECHANDOANTIGUOS EMPLAAMIENTOS, CENTRALES OBSOLETAS, MOLINOS,ETC. O BIEN CONSTRUYENDO CENTRALES DE AGUA FLUYENTE $UEPRCTICAMENTE NO INTERFIEREN CON EL ENTORNO.

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EN LA ACTUALIDAD LA I

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LA MECNICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL PERMITECONOCER CON GRAN DETALLE EL FLUJO EN EL INTERIOR DELAS M$UINAS HIDRULICAS, ACELERANDO EL PROCESO DE

DISEO. AUN$UE YA SE DISPONE DE CDIGOS CFD CON LOS $UESE OBTIENEN RESULTADOS FIABLES, TODAVA ES NECESARIOREALIAR INVESTIGACIONES E!PERIMENTALES DETALLADASPARA VALIDARLOS.

LAS GRANDES EMPRESAS DEL SECTOR YA DISPONEN DECDIGOS CFD $UE PERMITEN SIMULAR EL COMPORTAMIENTODE LA M$UINA COMPLETA 8DESDE LA ENTRADA A LA CMARAESPIRAL HASTA LA SALIDA DEL TUBO DE ASPIRACIN: CON UNGRADO DE FIABILIDAD $UE AHORA YA LES PERMITE, ENMUCHOS CASOS, DISEAR LA TURBINA

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PROTOTIPADO RPIDO DE M$UINAS HIDRULICAS

LA T%CNICA DEL PROTOTIPADO RPIDO DE M$UINAS

HIDRULICAS CONSISTE EN INTEGRAR, EL ANLISIS DEL FLUJOMEDIANTE LA MECNICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL, CON ELPROCESO DE DISEO GEOM%TRICO DE LA M$UINA HIDRULICA.BSICAMENTE EST T%CNICA PUEDE DIVIDIRSE EN TRES FASES.

1 LA PRIMERA CONSISTE EN DISEAR EL MODELO, TURBINACONSTRUIDA A ESCALA REDUCIDA $UE SE UTILIAR PARACALIBRAR EL CDIGO CFD $UE A SU VE SE EMPLEAR PARADISEAR EL PROTOTIPO.

1 PARTIENDO DE LAS ESPECIFICACIONES DE PROYECTO 8SALTO,

CAUDAL, VELOCIDAD DE GIRO, RENDIMIENTO HIDRULICO,PARMETRO DE CAVITACIN, ETC.: Y TENIENDO EN CUENTA LABASE DE DATOS 8COEFICIENTES SEMI1EMPRICOS: SE REALIA UNDISEO PRELIMINAR DE LOS COMPONENTES DE LA TURBINAMODELO, PRINCIPALMENTE DEL RODETE. 1

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1 ESTOS DATOS SE UTILIAN COMO ENTRADA EN UN CDIGOCFD, BASADO EN LAS ECUACIONES DE NAVIER1STOES, $UEOPTIMIAR EL DISEO PARA CONSEGUIR LAS PRESTACIONESESPECIFICADAS PARA EL MODELO EN TODO EL RANGO DEFUNCIONAMIENTO.

1 LOS DATOS DEL DISEO PTIMO SON SUMINISTRADOS A UNBANCO DE PROTOTIPADO RPIDO 8M$UINA HERRAMIENTADE CONTROL NUM%RICO:.EN EL $UE SE CONSTRUYE UNMODELO EN RESINA, EN MUY POCO TIEMPO= FINALMENTE ELMODELO DE RESINA ES ENSAYADO EN UN CIRCUITO DEPRUEBAS, DONDE SE OBTIENEN LAS PRESTACIONES REALESDEL MODELO.

1 COMO ES EVIDENTE EN LA PRIMERA ETAPA DEL PROCESO,LOS RESULTADOS E!PERIMENTALES NO COINCIDIRN CONLOS NUM%RICOS, POR LO TANTO ES NECESARIO RETOCAR ELDISEO Y VOLVER A REPETIR EL PROCESO HASTA CONSEGUIR$UE EL MODELO CUMPLA LAS PRESTACIONES ESPECIFICADAS

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H, Q, n, h, P

Diseo modelo con CFD

Construccin modelo

Ensayo modelo

Base dedatos

Predicciones CFD

Resultados ensayos

Diseo modelo final

DIAGRAMA DE FLUJO DE LA PRIMERA FASE DEL PROTOTIPADO RPIDO

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FUTURO DEL APROVECHAMIENTO DE LA ENERGA HIDRULICACON MINICENTRALES

1 DURANTE LAS &LTIMAS D%CADAS SE HA DESARROLLADO LAPRODUCCIN DE ENERGA EL%CTRICA UTILIANDO GRANDESCENTRALES HIDROEL%TRICAS, $UE RE$UERAN UN GRAN OBRACIVIL Y LA INUNDACIN DE GRANDES ONAS.

1 EN LA ACTUALIDAD Y SOBRE TODO TENIENDO EN CUENTA LASCORRIENTES DE PROTECCIN MEDIOAMBIENTAL, NO SONACEPTADOS POR LA SOCIEDAD ACTUAL ESTOS TIPOS DE OBRA DEGRAN ENVERGADURA.

1 ACTUALMENTE LAS TENDENCIAS SE ORIENTAN A LAPRODUCCIN DE ENERGA EL%CTRICA A TRAV%S DEMINICENTRALES HIDRULICAS, $UE NO NECESITAN UTILIARGRANDES PRESAS, NI DISPONER DE EMBALSES YA $UE LAMAYORA DE ELLAS SON DE "AGUA FLUYENTE#.

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1 PRESENTAN VENTAJAS COMO LA FCIL PREDICCIN DE LAENERGA UTILIABLE, LA GENERACIN DE POTENCIA SE ADAPTAFCILMENTE A LA DEMANDA.

1 SON DE FCIL MANTENIMIENTO Y LAS MS IMPORTANTE,PRCTICAMENTE, NO ORIGINAN IMPACTO MEDIOAMBIENTAL.

1 PARA MEJORAR LA RELACIN COSTO1BENEFICIO DE ESTATECNOLOGA, SE DEBEN LLEVAR A CABO, ENTRE OTRAS, LASSIGUIENTES ACCIONES'

> DISEAR TURBINAS NORMALIADAS DE FORMA $UE %STASPUEDAN COMPARTIR COMPONENTES CUANDO SEA POSIBLE.

> REHABILITAR O MODERNIAR CENTRALES ANTIGUAS CON EL

FIN DE EVITAR COSTES E!CESIVOS DE LA OBRA CIVIL.

> UTILIAR SISTEMAS DE CONTROL ELECTRNICO, $UE PERMITEN$UE EL GENERADOR FUNCIONE A VELOCIDAD DE GIRO VARIABLE,EN VE DE LA DE SINCRONISMO. AS ES POSIBLE SUSTITUIR LASTURBINAS APLAN POR TURBINAS H%LICE $UE SON MS SIMPLES YMS BARATAS.

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> AUTOMATIAR EL FUNCIONAMIENTO DE LAS CENTRALES PARAPODER CONTROLARLAS A DISTANCIA DESDE UN PUESTO DEMANDO CENTRALIADO.

> UTILIAR NUEVOSMATERIALES, COMO POLMEROS PLSTICOSPARA CONSTRUIR ALGUNOS ELEMENTOS DE LA INSTALACIN8VOLUTA, RODETE Y TUBERAS FORADA Y DE DESCARGA:. SONMENOS PESADOS Y NO SUFREN CORROSIN. DE ESTA FORMA SEREDUCIRA RELACIN COSTO1BENEFICIO DE LA INSTALACIN.

> IMPLANTAR LA UTILIACIN DE PRESAS INFLABLES DE GOMAPARA INCREMENTAR EL DESNIVEL EN APROVECHAMIENTOS DESALTO REDUCIDO. ESTE TIPO DE PRESAS MINIMIA ELMOVIMIENTO DE TIERRAS, EL IMPACTO MEDIOAMBIENTAL YPUEDEN DESINFLARSE EN EL CASO DE AVENIDAS.

> FACILITAR A PE$UEOS FABRICANTE EL ACCESO A CDIGOSCFD PARA EL DISEO DE TURBINAS HIDRULICAS, CUYODESARROLLO O COMPRA NO SUELE ESTAR DENTRO DE SUSPOSIBILIDADES. SE LOGRARAN NUEVOS DISEOS EN MENORTIEMPO, CON LA CONSIGUIENTE REDUCCIN DE COSTOS.

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> SIMPLIFICAR Y MEJORAR EL SISTEMA DE AUTOLIMPIEA DE LASREJILLAS PROTECTORAS DE LAS TOMAS DE AGUA DE LASTURBINAS.

> DOTAR A LAS MINICENTRALES DE SISTEMAS PARA $UE NO SEPERTURBEN NI DAEN A LOS PECES, YA $UE ES LA OBJECIN MSUTLIADA EN CONTRA DE LA IMPLANTACIN DE NUEVOSAPROVECHAMIENTOS HIDRULICOS.

> SIMPLIFICAR LA CONCESIN DE PERMISOS Y LICENCIAS PARAIMPLANTAR UNA NUEVA MINICENTRAL, YA $UE CADA VE HAY $UEVENCER MS BARRERAS INSTITUCIONALES Y MEDIOAMBIENTALES.

> HACER CAMPAAS CON EL FIN DE CONCIENTIAR A LA SOCIEDADDE $UE LOS EFECTOS POSITIVOS SOBRE EL MEDIO AMBIENTESUPERAN EN MUCHO AL PE$UEO IMPACTO $UE OCASIONA LAIMPLANTACIN DE MINICENTRALES.

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LOS NUEVOS PROYECTOS DEBEN ASEGURAR $UE LAIMPLANTACIN DE UNA NUEVA CENTRAL NO OCASIONARIMPACTOS MEDIOAMBIENTALES, TALES COMO LA REDUCCINDEL O!GENO DISUELTO EN EL AGUA DEL RO, LA EROSIN DELA ONA SITUADA AGUAS ABAJO DEL TUBO DE DESCARGA DE LATURBINA, EL RUIDO OCASIONADO POR LA MA$UINARIA DE LA

CENTRAL, EL CAMBIO DE PAISAJE ORIGINADO POR LAS OBRASCIVILES, ETC. ESTOS PROBLEMAS PUEDEN SERPRCTICAMENTE MITIGADOS UTILIANDO NUEVAS T%CNICA DEDISEO EL RESULTADO FINAL SER UNA FUENTE DE ENERGALIMPIA CON UN IMPACTO MEDIOAMBIENTAL ACEPTABLE.

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