1TURBINAS DE GENERACINHIDROELCTRICA

Jos Roberto Toledo Illescas1, Mateo Santiago Valverde Jara2

jtoledoi@est.ups.edu.ec1, mvalverdej@ups.edu.ec2

Universidad Politcnica SalesianaSede Cuenca

AbstractElectricity, since its beginnings has been consideredas the base of the social development. Implying a great utility forthe development of the countries. since world energy consume isbased on the burning of fossil fuels. The production of electricityhas varied in the last decades, where the innovation process ofsuch technologies have implied changes in the energetic matrixof the countries. In this way, the countries have changed theuse of non-renowable, sources to renowable ones, diminishingthe environment pollution. Thus, in this country, a series ofhydroelectric projects have been generated. They provide a majorefficiency. They do not cause loss in production.

Index TermsElectricity, hydroelectric, turbine.

I. INTRODUCCINPara el ser humano ha sido un cambio radical el paso de

utilizar lmparas de gas a utilizar lmparas elctricas, estatransicin no ha sido del todo fcil porque la energa elctricano es algo que est presente en la naturaleza empricamente yse la pueda manipular, sino es una energa que se debe generarde alguna forma, la misma que ser analizada posteriormente.

Gracias a los grandes inventores a travs de la historia y desus aportes e investigaciones desde Benjamin Franklin hastaNikola Tesla, pasando Georg Simon Ohm, Alessando Volta,Michael Faraday, entre muchos otros grandes cientficos, todosellos lograron entender la electricidad y por ello lograronmanipularla de alguna forma.

En nuestra poca la energa elctrica, que es una de lasms importantes (), despus de conocer un poco de la historiade la electricidad surge una pregunta: Cmo se genera estaelectricidad para poder manipularla y hacer de esta energaun beneficio para la sociedad?, pues para responder a estaincgnita debemos conocer que existen dos tipos de energas:la renovable y la no renovable, la energa no renovablees aquella que se encuentra en la naturaleza en cantidadeslimitadas y una vez que se haya consumido no se puede volvera sustituir, mientras que energa renovable es aquella energaque se obtiene de fuentes idealmente inagotables y que soncapaces de regenerarse por medios naturales.

Las energas renovables pueden ser: elica, geotrmica,hidroelctrica, mareomotriz, solar, undimotriz, biomasa y losbiocarburantes, la energa elctrica, es la base de desarrollode nuestra poca, por ello nos centraremos en la generacinhidroelctrica que se basa en construir grandes represas enlugares estratgicos con mucha influencia fluvial, dentro deestas represas se encuentra el cuarto de mquinas que contienegrandes generadores de energa elctrica, estos generadores

van a depender de ciertos parmetros como la ubicacin,potencia a generar, entre otros parmetros que veremos acontinuacin:

II. DESARROLLOUna central Hidroelctrica utiliza la energa hidrulica para

la generacin de energa elctrica, la energa hidrulica selogra aprovechar gracias a un proceso de evolucin, utilizabaneste principio para moler trigo en la edad media.

Para la construccin de una central hidroelctrica consisteen interceptar el cauce de un ro con un flujo de agua constantepara ello en un principio es necesario desviar el agua parala construccin del dique, una vez construido dicho diquevuelven a mandar el agua por cauce inicial pero este cauce vaa pasar por las turbinas de generacin, estas turbinas las hayde diferentes tipos que dependen de su ubicacin geogrfica,la potencia a generar los diferentes generadores de energahidroelctrica son: Turbina de rueda Pelton, Turbina Francis,Turbina Kaplan, Turbina Turgo, Turbina de Flujo cruzado.

II-A. Turbina de Rueda PeltonLas turbinas Pelton se las conoce como turbinas de presin;

La turbina Pelton acta con la energa cintica del agua, enforma de chorro libre.

Las turbinas Pelton pueden ser de dos tipos: de eje horizon-tal cuando el nmero de chorros por rueda se reduce ya quela instalacin de las tuberas de alimentacin se complica no-tablemente. En las turbinas Pelton de eje vertical se facilita lacolocacin del sistema de alimentacin en un plano horizontallo que permite aumentar el nmero de chorros, de 4 a 6; yde esta manera se puede incrementar el caudal y tener mayorpotencia.[1][2]

Figura 1. Componentes de la Turbina Pelton de eje Horizontal.[6]

2II-A1. Distribuidor: Se compone de varios equipos deinyectores de agua que dirigen un chorro de agua que seproyecta sobre el rodete, pero tambin regula el caudal precisoque ha de fluir hacia dicho rodete.

La cmara de distribucin es la que conduce el caudal delagua y tambin sirve como soporte.[3][4]

II-A2. Rodete: El rodete esta diseado para recibir elchorro de agua directamente del distribuidor en las palas, eltamao y nmero de palas dependen de las caractersticas de lainstalacin o de la velocidad especfica. Las dimensiones de laspalas dependern directamente del dimetro del chorro.[3][4]

II-A3. Carcasa: Es una envoltura metlica que cubre losinyectores, rodetes y dems elementos mecnicos de la turbina,la carcasa impide que el agua salga hacia el exterior ya quesi esto sucediera por el gran caudal de agua que circula seproducira una inundacin en el cuarto de mquinas.[3][4]

II-A4. Cmara de Descarga: La cmara de descarga esla zona en donde el agua cae libremente hacia el desage,despus de haber pasado por el rodete, Para evitar desgastespor el chorro de agua lo que se hace es colocar una bvedacon una altura de 2 o 3 metros de profundidad para acumularel agua. [3][4]

II-B. Turbina Francis

Las turbinas Francis son conocidas como turbinas de so-brepresin, tiene las componentes radial y circunferencial.A medida que el agua recorre la maquina, la componenteradial se transforma gradualmente en componente axial: y lacomponente circunferencial se va reduciendo, de forma que ala salida del rodete el flujo es prcticamente axial.

Las turbinas Francis se clasifican segn la velocidad espe-cfica del rodete ya que el nmero de revoluciones dependede la caracterstica de salto.[5]

Table IVALORES DE VELOCIDAD ESPECFICA PARA DIFERENTES TIPOS DE

TURBINAS FRANCIS[10]

TURBINA NS

FRANCIS

LENTA [60 150]NORMAL [150 250]RPIDA [250 450]

EXTRA RPIDA [450 600]

Las turbinas Francis pueden ser instaladas con el eje enposicin horizontal o vertical. Los componentes de la turbinaFrancis se observan en la figura 2

Figura 2. Componentes de la Turbina Francis.[10]

II-C. Turbina Kaplan

Las turbinas tipo Kaplan son unas turbinas de admisintotal y de reaccin, este tipo de turbina emplean saltos depequea altura y caudales medios y grandes aproximadamentede 15m3/s en adelante. Este tipo de turbina Kaplan se lasconoce como turbinas de doble regulacin, por intervenir enel proceso de regulacin.

La turbina Kaplan se la puede instalar el eje posicinvertical, o el eje en posicin horizontal pero la mas adecuadaes de eje vertical.[6][7]

Figura 3. Partes de turbina Kaplan[10]

3II-D. Turbina Turgo

A diferencia de la turbina Kaplan esta emplea saltos me-dianos. La construccin de su rodete es mas barato que el dela turbina Pelton, no emplea una carcasa, tiene una velocidadespecifica mas elevada y puede manejar un mayor flujo. Apasar el agua por la turbina esta no cambiara su nivel depresin as al salir el agua sale con un nivel menor de energa,as el agua saldr un con un nivel menor de energa. Elrodete de esta turbina es similar a un rodete de una turbinaPelton. El valor de velocidad que alcance dicha energa,pudiendo implementa mentar varios inyectores, incrementandoel numero de inyectores la velocidad especifica. Caracterizadopor poseer una curva de eficiencia mas llana que las demsturbinas por lo cual las turbinas Turgo y las Pelton son lasmas empleadas en el mbito de generacional.

El rodete de la turbina Turgo es similar al de la turbinaPelton, siendo el dimetro del rodete de esta turbina la mitaddel rodete de la Pelton, doblando el valor de la velocidadespecifica. Dicho valor de velocidad es un valor intermediode las turbinas Francis y Pelton.

Figura 4. Turbina Turgo

II-E. Turbina de Flujo cruzado

Tambin conocida como turbina Banki, se estudio experi-mentalmente variando el numero de laminas y dimetro de laspalas, al realizar dicha variacin se aprecio que la eficienciaaumento en cualquier aumento del flujo.[8]

Por el diseo de sus palas el flujo de agua ingresara a estatangencialmente, es decir por su borde, saliendo por el interiorde la misma. Para obtener una eficiencia alta el flujo de aguadebe pasar dos veces y de manera similar se limpiara la turbinade residuos.

Lo que la hace atractiva, frente a otras turbinas clsicas esla sencillez de su construccin y, para ciertos rangos de caday caudal, su costo significativamente menor, la principal des-ventaja comparativa frente a aquellas es su bajo rendimiento[9]

Figura 5. Partes de turbina de flujo cruzado

III. CONCLUSIONES

Las turbinas de generacin son la piedra angular detoda central hidroelctrica pero como se analiz tene-mos diferentes tipos de turbinas generadoras con variascaractersticas que las hacen nicas, para la eleccin delas turbinas una central hidroelctrica es necesario unminucioso estudio de geografa, estudio fluvial, estudiode demanda energtica, entre otros; Por esta razn laturbina de rueda Pelton es la mas utilizada ya que se lapuede colocar de forma horizontal o vertical ademas deesto puede poseer varias entradas de agua, la potencia quegenera es mayor en comparacin con las otras turbinas,tambin tiene una gran ventaja ya que su instalacin esrelativamente fcil.Las turbinas son dispositivos que toman la energa mec-nica producida por la precipitacin del agua provenientede una represa, buscando aprovechar al mximo dichoflujo las turbinas deben ser de una aleacin metlicaresistente ya que esta debe soportar grandes presionespara poder vencer su inercia y proporcionar troque algenerador las turbinas poseen un diseo que brinda dife-rentes cualidades a esta dependiendo de las diseccionany construccin de sus paletas, entre las que se destaca elcosto y eficiencia de la misma. La turbina Turgo y Peltonson similares si consideramos su rodete siendo el rodetede la turbina Pelton, siendo el dimetro del rodete de laturbina Turgo el doble de la Pelton

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Jos Roberto Toledo Illescas Naci el 13 de Agostode 1994. Instruccin Primaria: Escuela Padre CarlosCrespi, Secundaria: Colegio Tcnico Daniel CordovaToral con el titulo Bachiller Tcnico Industrial conespecialidad en electrnica de consumo, actualmentecursa el quinto ciclo de la carrera Ingeniera Elec-trnica en la Universidad Politcnica Salesiana.

Mateo Santiago Valverde Jara Naci el 05 deJunio de 1994. Instruccin Primaria: Escuela PadreCarlos Crespi, Secundaria: Colegio Tcnico Sale-siano con el ttulo de bachiller Tcnico Industrial enla especializacin de Instalaciones, Equipos y M-quinas Elctricas, actualmente cursa el cuarto ciclode la carrera Ingeniera Electrnica en la UniversidadPolitcnica Salesiana.