Diseño de un sistema para la obtención de la eficiencia en turbinas hidráulicas mediante el método termodinámico

RESUMEN Conocer el rendimiento en una central hidroeléctrica permite una mejor explotación de esta mediante la optimización del aprovechamiento del agua disponible, así mismo permite realizar un seguimiento del estado de la unidad, cuyo deterioro se ve reflejado directamente en la pérdida de rendimiento de la instalación. Existen varios métodos normalizados que nos permiten realizar el cálculo del rendimiento a través de la medición del caudal, sin embargo, su aplicación no siempre es factible por lo tanto es necesario usar un método alternativo que permita el cálculo del rendimiento sin la necesidad de medir el caudal: el método termodinámico. El presente trabajo se centra en el diseño de un sistema que permita la determinación del rendimiento en una turbina hidráulica y a partir de dicho cálculo obtener el caudal utilizado. El diseño cumple los lineamientos de la norma IEC 60041:1991, además se espera que la aplicación del sistema de toma de muestras pueda ser utilizado para la obtención del rendimiento en centrales con caídas menores que los especificados en la norma. Se explica la teoría del método, el diseño del dispositivo de toma de muestras para la sección de alta presión, así como las consideraciones tomadas para su diseño. Se explica el montaje de dispositivos a emplear para la medida de las variables en la sección de baja presión (tubo de aspiración). Se realizó una simulación de flujo en el recipiente de medida para verificar que existe concordancia entre los cálculos de las variables consideradas para su diseño y el comportamiento del flujo de al interior de este. Además, fue necesario efectuar una simulación adicional que permitiera el análisis de la temperatura, presión y velocidad en el tubo de aspiración, específicamente en el área donde se estableció la sección de medida para el lado de baja presión.

ABSTRACT Knowing the performance in a hydroelectric power station allows a better exploitation of this by optimizing the use of available water, likewise, it allows us to track the state of the unit, whose deterioration is directly reflected in the loss of performance of the installation. There are several standardized methods that allow us to perform the calculation of performance through the measurement of the flow, however, its application is not always feasible, so it is necessary to use an alternative method that allows the calculation of performance without the need to measure the flow: the thermodynamic method. The present work focuses on the design of a system that allows the determination of the performance of a hydraulic turbine and from this calculation to obtain the flow used. The design complies with the guidelines of IEC 60041: 1991, it is also expected that the application of the sampling system can be used to obtain the performance in plants with leaps less than those specified in the standard. It explains the theory of the method, the design of the sampling device for the high-pressure section, as well as the considerations taken for its design. The assembly of devices to be used for the measurement of the variables in the low-pressure section (draft tube) is explained. A flow simulation was performed in the measuring vessel to verify that there is agreement between the calculations of the variables considered for its design and the behaviour of the flow inside it. In addition, it was necessary to carry out an additional simulation that allowed the analysis of the temperature, pressure and velocity in the suction pipe, specifically in the area where the measurement section for the low-pressure side was established.