Caracterización de Turbina Hidráulica Tipo Turgo para Microgeneración

Abstract

Las microcentrales hidráulicas (centrales de menos de 100 [kW]) representan en Chile un campo de exploración obligatorio en el intento de avanzar hacia un modelo energético país eficiente y sustentable. Diversifican la matriz energética, aumentando la confiabilidad global del sistema, y son aptas para generación distribuida, es decir, inyección y venta de potencias excedentes en la red de distribución, lo que constituye un incentivo directo al consumo eficiente de energía por parte del usuario. En este contexto, el Centro de Energía de la Universidad de Chile desarrolla un proyecto de Micro Central Hidráulica Plug & Play.

El objetivo general de este Trabajo de Título consistió en la caracterización de una turbina hidráulica tipo Turgo con dos inyectores, dilucidando entre otras cosas la validez de regular el caudal que pasa a través de los inyectores con válvulas mariposa en vez de válvulas de aguja, que son diseñadas para tal propósito.

Se diseñó e instaló un laboratorio de pruebas para la turbina hidráulica tipo Turgo en el Taller Mecánico del DIMEC. Particularmente se midió un conjunto de valores de caudal, altura equivalente neta y potencia eléctrica generada, lo que permitió obtener el diagrama de explotación de la turbina hidráulica, del cual se desprende valiosa información en términos de selección de recursos hídricos, regulación de caudal y otros aspectos técnicos específicos y propios de esta turbina. Los resultados del diagrama de explotación muestran diferencias con los datos del fabricante. Particularmente, entre los puntos de operación nominal obtenidos y los que entrega el

fabricante se observan diferencias de rendimiento cercanas a un 10%.

El autor recomienda instalar la microcentral en recursos hídricos de las siguientes características, que entregan la potencia eléctrica nominal del generador, 10 [kW] (a 50 [Hz] y 220 [V]): Q=59,4 [l/s], Hn1=34,9 [m] y Q=38,1 [l/s], Hn1=49,1 [m]. Los rendimientos globales respectivos son eta_g=0,493 y eta_g=0,546.

Se mostró que existe un conjunto de recursos hídricos fQ, Hng en los que la microcentral no puede operar de buena forma. Se ha destacado que la utilización de válvulas mariposa es el factor principal para esta limitación y que el uso de válvulas de aguja debería reducir tal rango. Además, se encontró que existen importantes imperfecciones en el diseño de los elementos del conjunto turbina-inyectores, como el diámetro de los inyectores, que disminuyen la capacidad del conjunto. A pesar de que el conjunto turbina-inyectores es mejorable, se ha aportado elementos de juicio que permiten validar la utilización de válvulas mariposa para regular caudal de la microcentral. En este contexto, se recomienda regular caudal sólo con la válvula mariposa principal.