Desarrollo y evaluación de proyecto modernización de turbinas unidades 1 y 2 central hidroeléctrica plutarco elías calles el novillo

RESÚMEN El presente trabajo es el estudio y desarrollo de un proyecto de modernización de 2 turbinas hidráulicas tipo Francis de eje vertical de 45 MW. Estas se encuentran en la Central Hidroeléctrica Presidente Plutarco Elías Calles “El Novillo”, en el Estado de Sonora, México, puestas en servicio en octubre de 1964. El diseño original de estas turbinas presentaba un perfil hidráulico básico en su componente principal que es el rodete, por lo que la eficiencia de las mismas no superaba el 90%, valor muy bajo de acuerdo a los rendimientos de las turbinas actuales. Este proyecto contempla la mejora en el diseño de la turbina, que permita alcanzar los estándares actuales de eficiencia, potencia y materiales de fabricación de última generación para el incremento de su vida útil (originalmente eran de acero al carbón, el cual es un material no resistente a la cavitación); además teniendo el reto de la adaptación de los nuevos componentes al lugar original de la turbina, respetando las dimensiones de la carcasa, estructura del antedistribuidor y diámetro del rodete. Para este estudio se requirió analizar la estadística de operación de las unidades generadoras, para verificar los valores de caída neta, flujo de agua y potencia, que nos permita calcular el mejor rendimiento de acuerdo a estas condiciones, para el mayor aprovechamiento del agua, y por lo tanto, mayor producción de energía. De esta manera, se calculó la eficiencia media pesada, que es un valor clave para el diseño del rodete de la turbina, para lo cual la casa de diseño utilizó simulación numérica computarizada en todas las condiciones operativas, para determinar el mejor perfil hidráulico del 4 nuevo diseño de los álabes de la turbina, que permita una mayor eficiencia de la unidad generadora, dada las condiciones presentadas de caída y flujo de agua. Este estudio es una referencia para proyectos similares, en donde se cuentan con unos valores de régimen de operación definidos para una unidad de generación hidroeléctrica, y se busque un incremento en la eficiencia y que, por lo tanto, permita una mejor potencia de acuerdo a un gasto establecido, teniendo como resultado una optimización del agua turbinada, para el incremento de producción de energía eléctrica con el mismo recurso disponible.

ABSTRACT The present work is the study and development of a project of modernization of two vertical axis 45 MW Francis hydraulic turbines. These are in the Presidente Plutarco Elias Calles Hydroelectric Power Plant "El Novillo", in the State of Sonora, Mexico, put into service in October 1964. The original design of these turbines had a basic hydraulic profile in its main component that is the runner, so that the efficiency of the same did not reach even 90%, very low value according to the current turbine yields. This project contemplates the improvement in the design of the turbine, which would allow us to reach the current standards in terms of efficiency, power and last generation materials for the increase of its useful life (originally they were made of carbon steel, being a material not resistant to cavitation); also having the challenge of adapting the new components to the original place of the turbine, respecting the dimensions of the spiral case, structure of the stay vanes and diameter of the runner. For this study it was necessary to analyze the operation statistics of the generating units, to verify the values of net head, water flow and power, which would allow us to calculate the best performance according to these conditions, for the better use of water, and therefore, greater production of energy. In this way, the average heavy efficiency was calculated, which is a key value for the design of the runner of the turbine, for which the design house used computer numerical simulation in all operating conditions, to determine the best hydraulic profile of the new design of the blades of the turbine, which would give us as a result the greater efficiency of the generating unit and power given the presented conditions of effective head and flow of water. 6 This study is a reference for similar projects, where operating values are defined for a hydroelectric generation unit, which allows increase in efficiency, and therefore an improvement in power according to an established water flow, resulting in an optimization of the water, for the increase of electric power production with the same available resource.