Diseño, montaje y pruebas de un prototipo de microcentral hidroeléctrica con turbina pelton.

Abstract

La generación de energía eléctrica en microcentrales (centrales de menos de 100 [kW]) ayuda a diversificar la matriz energética nacional, produce una menor dependencia del suministro externo de combustibles fósiles y aprovecha los recursos hídricos existentes en el país. El proyecto que enmarcó este Trabajo de Título, convenido entre la Universidad de Chile y Comercial Hydrotrap S.A., tiene como objetivo principal desarrollar y validar un prototipo de microcentral hidroeléctrica con turbina Pelton en sincronía con el Sistema Interconectado Central (SIC). La ventaja de generar en sincronía está dada por la posibilidad de vender el excedente de energía eléctrica a las empresas de distribución, generando ingresos para el dueño de la unidad. El objetivo general de este Trabajo de Título fue diseñar y montar en el Laboratorio de Máquinas Hidráulicas del Departamento de Ingeniería Mecánica una instalación de pruebas para evaluar el funcionamiento del prototipo de microcentral hidroeléctrica con dos sistemas diferentes de regulación del caudal de operación; uno con válvula de aguja y otro usando una válvula de 3 vías de flujo divergente, ambos accionados por servomotor. Se determinó que el inyector con válvula de 3 vías incorpora pérdidas de casi un 66 % de la potencia hidráulica inyectada, con lo cual se demostró que no es posible su utilización como sistema de regulación del caudal de operación de la turbina. Se demostró el funcionamiento de la válvula de aguja como sistema de regulación del caudal de operación y se obtuvieron las curvas de potencia eléctrica y eficiencia global en función del caudal de operación de la microcentral para la altura neta de diseño (Hn = 20 [m]) y frecuencia de generación nominal (50 [Hz]). Para el caudal de diseño (30 [l/s]) se obtuvo una eficiencia global de un 79 % aproximadamente. Se determinó que el prototipo es escalable dentro del rango de las microcentrales; sin embargo, para aplicaciones de mayor potencia (> 5 [kW]) se deben mejorar los materiales de la aguja del inyector y de las cazoletas e incorporar un sistema de seguridad antiembalamiento.