Micro Hidráulica. El Poder del Agua - 1986 by Cipriano Marin

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Manual práctico sobre energía hidráulica a pequeña escala Molinos. Turbinas. Fabricantes. Contactos

Cipriano Marin

El renacer de la autosuficiencia hidroeléctrica por

Alfonso del Val - C. Marin

Los primeros aprovechamientos de energia hidráulica se localizan en Oriente en épocas bastante remotas. Las referencias más antiguas de molinos de eje vertical se sitúan en el Nepal hace unos 2000 años. Posteriormente encontramos molinos basados en principios similares en Israel y en la isla de Creta, donde aún hoy podemos contemplar máquinas con estructuras de piedra basadas en una tecnologia que prácticamente no habia variado en 1500 años. Durante muchos siglos, el uso del potencial energético de los cursos de agua se centra en la molienda del grano y en algunas actividades mecánicas. A lo largo de la Edad Media, los pequeños cursos de agua en Europa estaban ya salpicados por numerosísimos molinos, e incluso, se dió la curiosa situación de que los saltos hidráulicos fueron empleados como arma contra otra energía renovable. Cientos de molinos de viento fueron abolidos por los señores feudales en un intento de monopolizar y controlar de una manera más eficaz las tareas de molienda. En siglos sucesivos los aprovechamientos hi. dráulicos siguen proliferando sin variaciones técnicas muy significativas. Desde principios del siglo XIX se produce un gran cambio con los diseños mecánicos de grandes ruedas hidráulicas. En Inglaterra se llegan a construir ruedas capaces de suministrar una potencia de hasta 190 Kw. Estas ruedas llegaron a tener diámetros de hasta 21

Molino tradicional

de eje vertical. Isla de Creta.

metros y algunas estuvieron trabajando ininterrumpidamente durante más de 90 años. Es en el último tercio del siglo XIX cuando surgen las primeras instalaciones hidroeléctricas que suponen un salto cualitativo fundamental en el uso de esta fuente de energia. Inicialmente la transformación consistió en, adaptar las dinamos mediante poleas y engranajes a los tradicionales molinos, la mayor parte entonces dotados con turbinas de madera. Condicionado por las propias características de la corriente producida y por las limitaciones de potencia de estas dinamos, el uso de la hidroelectricidad se circunscribia a aplicaciones muy aisladas. Tendremos que esperar a finales de siqlo y principios del XX, con la aparición de alternadores y el surgimiento de nuevos sistemas de turbinas más eficaces, para asistir a un uso más generalizado de la electricidad de origen hidráulico. En las primeras décadas del siglo asistimos a un desarrollo muy fuerte de pequeños saltos hidroeléctricos en la mayor parte de los valles de la Península Ibérica. Ya no se trata sólo de adaptaciones de los antiguos molinos, comienzan a construirse embalses de una cierta capacidad para poder regular el agua a turbinar. Sin embargo, a medida' que se desarrollan los saltos hidroeléctricos de cierta potencia, siguen proliferando las pequeñas máquinas, batanes y molinos que no dejan de utilizarse. En las tres primeras décadas el desarrollo es tan fuerte que en algunos valles se produce exceso de..energía, y existen documentos curiosos que nos muestran las quejas en aquella época de algunos propietarios de turbinas que se dirigen a las delegaciones de industria para que éstas traten de regular el exceSO de competencia en el suministro de energía, lo que ponia en peligro sus inversiones. Pero en los años treinta y ya decididamente con la posguerra se produce un nuevo cambio espectacular en la descentralizada estructura hidroeléctrica del país. La Dictadura paga los favores a los grandes inversores que formarán la aristocracia eléctrica de los años siguientes formando un auténtico monopolio energético. España

estaba por entonces aislada internacionalmente y carecia de recursos propios en combustibles fósiles, como consecuencia se dasarrolla la hidroelectricidad en base a grandes embalses. Este intento centralizador necesitaba para alcanzar sus fines una cierta garantia de consumo de la electricidad producida, y es entonces cuando se diseña un plan sistemático de destrucción de los miles de pequeños saltos hidroeléctricos que salpicaban la geografia española. En esta desigual batalla se utilizan todo tipo de argumentos, desde los pretendidamente legales, con las crecientes trabas estatales a los pequeños productores, hasta los abiertamente fraudulentos. El caso más frecuente es aquel en que la gran compañia eléctrica arropada con un poder y una oferta muy superiores ofrece al pequeño propietario la compra de SU central a cambio de un suministro gratuito de por vida, o bien un precio por el cierre. Como contrapartida la compañia solia exigir un documento ante notario, existen multitud de ellos,en los que se compromete el propietario a no producir kilowatios para vender, en el mejor de los casos se le permite que la pequeña central produzca sólo para un estricto autoconsumo. Como consecuencia de esta estrategia se crea una imagen impopular de la pequeña central como una energia variable, insegura y poco interesante. Estamos, además, en el inicio del desarrollismo en el que la idea de lo grande representaba el progreso.· Las pequeñas centrales por consiguiente se van abandonanado e incluso aún hoy se puede comprobar que algunas de ellas se conservan bastante bien si pensamos en los años transcurridos. En la actualidad sobreviven algunOS pocos ejemplos de esta autonomia hidroeléctrica en pueblos donde han ido tirando como han podidido, sin ningún tipo de ayuda, con su pequeña central. Como ejemplo se puede citar Un caso insólito de hace algunos años en Navarra, administración rica que concede créditos y subvenciones a autopistas y empresas ruinosas que quiebran como la Seat, donde se negó un crédito de menos de cuatrocientas mil pesetas a la dueña de una hidroeléctrica que abastecia a cinco pequeños núcleos de población que quedaron

sin electricidad por el derrumbe de la pared del canal de aporte de caudal a la turbina. LQs años cincuenta y sesenta recogen un crecimiento máximo en la construcción de grandes hidroeléctricas hasta el punto en que casi el 40% de los rios españoles están regulados. Sin embargo, a finales de los sesenta, con el desbloqueo internacional y los precios baratos del fueloil, las grandes eléctricas se orientan a las térmicas. El Estado se vuelca decididamente en el kilowatio térmico con criterios tan oscuros como el llegar a subvencionar en un 90% el fuel-oil para las eléctricas. Se produce pues, un nuevo vuelco en la estrategia energética al frenar la hidroelectricidad y culminar la obra de destrucción de las pequeñas centrales. Tras la famosa crisis energética del 73, se produce un fenómeno al menos curioso, en el que paises como Canadá, Suiza y Suecia dan un salto cualitativo de gran importancia en el desarrollo tecnológico de minicientrales hidráulicas, mientras que en España esta tendencia no sólo no encuentra hueco sino Que a lo más que se llega es a diseñar un gigantesco programa nuclear. La sacralización estatal de la electricidad nuclear tiene

Antiguo molino de eje vertical. Nepal.

como consecuencia directa el abandono o infrautllización de la gran hidráulica, derivando billones de pesetas a la irresponsabilidad y el fraude de las centrales atómicas. De todos es conocido el posterior parón del programa nuclear. Ello por tres razones: por la evidente inseguridad, por la escasez de dinero para su financiación y lo que es aún más grave, por el retroceso de la demanda eléctrica que deja en ridiculo la base de los absurdos y contradictorios Planes Energéticos y pone al descubierto la falta de escrúpulos de la oligarquía eléctrica COn el tema nuclear. Paralelamente a esta política descabellada de la nuclearización surge en nuestro país un nuevo interés por las energías renovables y especialmente por la hidráulica. Sin tratar mínimamente de disimular o justificar los errores del pasado, comienza una nueva restructuración en el panorama energético. Empresas como Iberduero que hubieran quebrado en un sistema libre de mercado con el fracaso estre-

pitoso de su sueño nuclear, son reflotadas por el gobierno PSOE a base de obligarlas a intercambiar activos. De una manera vergonzosa comienzan a desempolvarse planes de aprovechamientos hidráulicos que estas empresas ocultaron deliberadamente en las previsiones de los Planes Energéticos Nacionales, íncluso con diseños y especificaciones técnicas bastante avanzadas; Iberduero tenia en experimentación turbinas tipo bulbo. Por lo que asistimos en la actualidad a un redescubrimiento de lo evidente: la gran hidroeléctrica estaba infrautilizada, que existían reservas muy superiores a las de los Planes Energéticos. Téngase en cuenta que el Plan Energético del 77-78 cifraba en un techo de 40.000 Gwh la producción hidroeléctrica y ya el año en que se estaba redactando había sido superada esta cantidad. El propio Ministerio de Obras Públicas estimaba en 77.000 Gwh las reservas, y según estudios recientes el techo se aproxima más a los 100.000 Gwh. Cifras éstas que de haberse manejado con honestidad hubieran hecho inútil el genocida programa nuclear. Pero ¿que pasa con la mini-hidráulica? Existen razones objetivas para exigir su reutilización. Mas de 1000 pequeñas centrales esperan que el estado desbloquee su desarrollo, son emplazamientos que se van desmoronando y que cada vez serán más costosos de rahabilitar. Estas pequeñas centrales representan hoy un potencial de más de 100.000 Kw, el equivalente de una central nuclear pequeña como las de Zorita o Santa María de Garoña.

El aprovechamiento de los pequeños saltos hidroeléctricos no solamente hay que analizarlo como una posibilidad de aumentar la potencia eléctrica instalada, debemos tener en cuenta el factor de calidad de esta energia. A diferencia de las nucleares y grandes térmicas, las centrales hidroeléctricas en general pueden suministrar energía en el momento justo en que sea requerida. Son ídóneas para cubrir la demanda en horas punta. Pensemos, además, que en un mismo curSO de agua pueden instalarse muchas pequeñas centrales; la gran dispersión y descentralización permite un acercamiento mayor a los núcleos de consumo. Estos dos factores son importantes si contamos con que en la actualidad se pierden millones de kilowatios/hora en concepto de transporte de electricidad a grandes distancias y como consecuencia de bruscas bajadas en la demanda (estas pérdidas pueden llegar a ser del 12% anual en concepto de transporte). Las nucleares y los grandes grupos térmicos tienen una flexibilidad para variar su producción prácticamente nula, los tiempos de respuesta a las variaciones son muy largos. Otra ventaja inestimable para la mini y la micro-hidráulica es su reducido impacto ambiental, requieren relativamente poca obra civil y el efecto regulador sobre los pequeños rios puede ser incluso beneficioso. Es desde luego una energía limpia y renovable, habrá hidroelectricidad mientras llueva. Pero también se trata de la energia más barata actualmente disponible. En el caso específico de la pequeña hidráulica, la duración de las máquinas es varias veces superior en relación a cualquier otra técnica energética convencional, siendo los costes de instalación bastante inferiores. Se trata además de una tecnología apropiada, poco sofisticada, cuya gestión puede ser realizada en cualquier lugar con un mínimo de infraestructura. Ante evídenclas de este tipo y, sobre todo, por la presión ejercida por las grandes movilizaciones contra los Planes Energéticos, surge a principíos de los ochenta un timido intento de protección y desarrollo de las energías renovables,

plasmado en la Ley de Conservación de la Energía. Si bien la ley suponia un paso adelante reconociendo la importancia de la mini-hidráulica, su concreción en la práctica era harina de otro costal. El hecho real es que con el Reglamento que contiene la ley y con las disposiciones que han salido con posterioridad, volvemos a estar en el mismo punto de partida. La politíca de precios por electricidad suministrada a la red, las garantías de suministro y el fárrago administrativo siguen haciendo poco atractiva la construcción o rehabílitación de pequeñas centrales. En realidad la ley sólo ha permitido el desarrollo de algunas instalaciones aisladas, sin conexión a la red en la mayoría de los casos, lo que limita mucho su rentabilidad al no poder ceder los excedentes. Sin embargo, el fuerte desarrollo que ha tenido la mini y micro-hidráulíca en otros paises cercanos ha propiciado la introducción de nuevas rnáquínas que se están instalando mayoritariamente en el norte de la Península. Por el contrario, estamos a punto de perder a los pocos fabricantes que aún quedan de pequeñas y medianas turbinas. Gentes que tienen pequeños talleres, con escasos medios, pero que conocen perfectamen-

te la técnica, los ríos y los lugares idóneos de instalación. Esto es muy importante, ya que se debe impedir que este saber acumulado al margen de las dísposiciones del Estado, se pierda de una manera irreversible. Perder ahora estos conocimientos para empezar de cero en los próximos años seria una muestra bastante absurda de la inutilidad administrativa para intentar conservar los escasos recursos que aún quedan en este campo. Representaria el tirar por la borda una tradición de más de un siglo, que tiene en su haber miles de máquinas instaladas, algunas de ellas en la primeras décadas con potencias de varios miles de kilowatios. La intención de este libro es pues, la de divulgar alguna de estas técnicas, específicamente centrándonos en la micra-hidráulica (potencias inferiores a los lOO Kw). Como podrán comprobar, gran parte de las técnicas mostradas tienen varias décadas de antigüedad al igual que algunOS modelos propuestos de autoconstrucción. Se trata, por lo tanto, de recuperar estas técnicas y mejorar su eficacia con la aplicación de nuevas tecnologías. Es una ventaja que tenemos a nuestro favor.

Calculo de la potencia de un salto hidráulico

'La potencia máxima, medida en ~ilowatios, que es capaz de proporcionar un determinado salto hidráulico viene dada por la siguiente expresión:

Además de ello debemos contar con las pérdidas de carga por rozamiento en las conducciones (en la tabla adjunta se muestran estos coeficientes para tubos de PVC). Por lo tanto, debemos expresar la potencia útil de la siguiente manera:

P-H.C·g·f P[Kw]- H[m] . C[m3/s] . g[m/s2] .

[Kg/m3]

donde: P - Potencia en Kw H - Altura útil (o neta) del salto C - Caudal medido en m3/segundo g - Aceleleración gravitatoria - 9,81 m/s2 f - densidad del agua - 1000 Kg/m3

donde nn representa la eficiencia de cada elemento que interviene en la instalación. En el caso de saltos muy pequeños se suele aceptar como norma el que la potencia máxima venga determinada por la siguiente expresión:

Sin embargo, esta es la potencia teórica que podemos alcanzar, ya que la potencia útil vendrá determinada por la eficiencia de las distintas transformaciones en el proceso (rendimiento de la turbina, rendimiento del generador eléctrico, pérdidas por transmisión, multiplicadores, etc.).

Pérdidas de carga por rozamiento en tubos de plástico (PVC)

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debido a que se parte de la base experimental de que en este tipo de saltos la eficiencia no supera eI51%.

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7'6

olinos o ruedas hidráulicas Las ruedas hidráulicas surgen desde los tiempos más remotos de la antigüedad conservándose con algunas modificaciones hasta nuestros dias. Poseen la ventaja de su gan sencillez de construcción y diseño sobre el resto de las técnicas hidráulicas, sin embargo operan a por regla general con una eficiencia muy baja y no admiten una gran gama de caudales y alturas. Aunque con ellas se pueden alcanzar potencias de hasta 10 Kw, no están indicadas para la generación de electricidad, debido a que los molinos o ruedas trabajan a velocidades de giro comprendidas entre 2 y 12 r.p.m .. Sus aplicaciones serán pues, fundamentalmente mecánicas (sierras, prensas, etc.). Las ruedas hidráulicas poseen otra ventaja adicional que es su sencilla adaptación a las variaciones del caudal de agua. Su construcción no requiere una tecnología muy desarrollada, son máquinas resistentes y de bajo mantenimíento.

Ruedas de alimentación inferior

)

Constituye el diseña más antiguo y básico de todas las ruedas hidráulicas. Este era el tipo de molino que accionaba las famosas fuentes del Palacio de Versalles en la época de Luis XIV. Preferentemente se emplea en ríos o arroyos caudalosos pero con poco desnivel, alcanzando un óptimo entre los 1,5 y 3,5 metros. Son también de uso extendido las versiones en pequeña escala con desniveles o saltos desde 20 cm hasta 1,5

m. El diámetro más usual de la ruedas de este tipo se sitúa en torno a los 3 - 4 metros, y para caídas

Rueda Poncelet A partir de 1800 comenzaron a introducirse modificaciones en las clásicas ruedas de ataque inferior con el fin de aumentar su eficacia. Como la mayor parte de las pérdidas eran debidas a las turbulencias que causaban las paletas planas, éstas fueron sustituidas con el paso del tiempo por cangilones de perfil curvo. Como resultado de múltiples cambios se obtuvo la rueda Poncelet. A pesar de su diseño, se trata de una tecnologia muy sencilla. Estas ruedas operan a muy bajas revoluciones, entre 7 y 10 r.p.rn. Sin embargo, desarrollan comparativamente una fuerza mayor que las ruedas de paletas rectilineas. Las ruedas Poncelet utilizan al máximo el impulso del chorro de agua que penetra hasta el fondo del cangilón. El perfil curvo le permite rE~dude poco desnivel se calcula el diámetro tripl1cando la altura del salto. El principio de su funcionamiento es bastante simple, consiste en sumergir parcialmente la rueda en el caudal, siendo impulsada por la corriente al golpear ésta sus paletas dispuestas en forma radial. En estos primitivos molinos los álabe s o paletas son planos y sedetermina su anchura calculando a grosso modo que para cada 30 cm el caudal debe ser de unos 200 l/s.

Rueda PONCELET

cir enormemente las pérdidas que se producian al golpear el agua contra las paletas planas. El agua asciende a lo largo de la curva o perfil, aprovechando al máximo su fuerza sobre la rueda. Las eficiencias de este diseño se sitúan entre el 70 y el 85%. Otra de las caracteristicas de la Poncelet es que requiere una forma especial de la canalización o acequia al paso del agua. El firme y las paredes laterales, normalmente contruidos de hormigón, deben adaptarse perfectamente a la rueda tal y como se indica en los grabados. La entrada de agua debe estar provista de un rastrillo o maya que impida la indroducción de objetos pesados arrastrados por la corriente, ya que pueden perjudicar los cangilones a golpearles. La compuerta actúa de regulador del chorro de agua, de tal manera que el llenado de los cangilones se produzca como máximo en un arco de 30·. Esta es la única complicación apreciable de diseño que poseen estas ruedas. En las figuras también podemos apreciar dos tipos de compuerta válidos para la Poncelet.

CONTROL

DE LA

COMPUERTA

Nivel superior

_.'-~~--Esquema rueda Poncelet

Existe una variante de la rueda Poncelet que algunos autores consideran también como rueda de ataque superior. En esta variante el agua ataca los cangilones en un punto más alto de la rueda, en algunos casos superando el nivel del eje. Estas ruedas suelen operar con desniveles entre 2 y 5 metros. El diámetro es por lo general tres veces mayor que el desnivel de la acequia. Las eficiencias en este caso son muy variables. Mientras que en las de ataque inferior al nivel del eje no se supera el 35 - 40%, en las de ataque superior se alcanza el 65%. Este tipo de ruedas tuvo un Importante desarrollo en el sig10 XIX y principios del XX, sin embargo, sus bajos rendimientos la han hecho poco aconsejable. Tiene también como inconveniente la complejidad constructiva de la canalización, Con unas tolerancias muy estrictas. Además, deben poseer un sistema de evacuación del aire de los cangilones para evitar cargas demasiado bajas. Al igual que la Poncelet, esta rueda debe estar protegida de la entrada de objetos pesados a los cangilones.

Ruedas hidráulicas de ataque superior

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Rueda de ATAQUE SUPERIOR

Las ruedas de ataque superior se basan en un principio totalmente diferente de los modelos anteriores. En este caso el giro no depende exclusivamente de la velocidad con que el chorro de agua golpea los cangilones. El agua penetra en los cangilones por la parte más alta de la rueda mediante una acequia colocada horizontalmente a ella, y es el peso del agua al llenar cada cangilón el que provoca fundamentalmente el giro. El empuje inicial del agua representa una pequeña proporción en la fuerza generada por la rueda. Esta rueda está especialmente adaptada para saltos entre 3 y 10 metros, siende este último un limite impuesto por la complejidad constructiva a medida que aumentamos la escala. El caudal requerido es también muy variable, entre 0,05 y 1 m3/s. Las eficiencias son asimismo bastante altas en comparación con las otras ruedas, éstas se sitúan entre el 70% y el 80%. Otra caracteristica importante es que la rueda no deja de realizar trabajo aunque el caudal decrezca considerablemente, ya que éste depende del llenado de los cangilones y lo único que ocurriria es que giraria a un ritmo menor, pero sin paralizarse como en los otros modelos. Por la misma regla de tres, un crecimiento excesivo del caudal, por encima del limite teórico establecido, no le afectaria ya que seguiria trabajando al máximo de potencia. En este caso es muy importante fijarse en el correcto diseño y construcción de los cangilones, estos deben ser muy lisos y bien diseñados para evitar disminuciones considerables en el rendimiento. La corriente de agua se dirige a la rueda a través de una acequia a una velocidad próxima a 1 mIs. Al final de la acequia hay una compuerta que se ajusta para que el agua alcance la rueda a una velocidad de 2 - 3 mIs. Esta compuerta actúa

como regulador y en algunos modelos del mercado se suministra con un mecanismo automático.

resto se pierde en turbulencias en la operación de llenado de los cangilones. Una vez determinado el diámetro, la altura total del salto debe ser lógicamente al menos superior

Cálculo de una rueda hidráulica de ataque superior

a H +0.

Si partimos de una rueda hidráulica con un diámetro dado, determinaremos en primer lugar la velocidad de la misma en el extremo de los cangilones. Llamaremos U a esta velocidad, expresada en mis. Hasta principios de siglo era bastante usual calcular el valor de U en función del diámetro: U - 20. Pero si trabajamos con cangilones de perfil curvo, esta relación puede afinarse un poco más U - 2.19 O. De esta manera contamos con una indicación inicial de la relación entre el diámetro y la velocidad en el extremo de la rueda. El valor de U suele estar comprendido entre un 50 y un 70% de la velocidad del agua al incidir el la rueda. Por regla general se parte de la base de que U tiene un valor del 65% de la velocidad del agua. La altura H, regulada por la compuerta del canal de entrada tal y como se aprecia en la figura, viene determinada por la siguiente expresión: h-

v2 I

El número de vueltas de la rueda puede determinarse conocidos estos datos: r.p.m. = U . 60 I

donde: r.p.rn, = revoluciones por minuto = longitud de la circunferencia exterior

Detalle cangilones

, Nivel superior

desnivel

acequia

donde: h - diferencia nivel canal en m. v - velocidad del agua expresada g -aceleración garvitatoria.

mis

Ahora bien, sabemos que podemos regular la velocidad controlando el nivel H, y también que una vez determinada ésta y mediante las expresiones anteriores deducimos el diámetro que debe tener la rueda. No obstante debemos considerar que en una situación real la altura H debe incrementarse al menos en un 10% para conpensar las pérdidas por rozamiento. En este tipo de ruedas, la velocidad v que adquiere el agua se emplea como mucho en un 50% para la realización de trabajo efectivo, el

Nivel Inferior

Esquema Rueda de ATAQUE SUPERIOR

. Flujo

Ahora vamos a determinar el volumen de agua que es capaz de captar la rueda en cada revolución. Como aproximación podemos calcularlo mediante la siguiente fórmula:

~~~~~~ I

]

~IO$ .•

Volumen

2lS

•

)

Il (D

- b) x A x P

siendo: D = Diámetro exterior de la rueda b = Anchura lateral del cangilón A = Anchura frontal del cangilón P = Profundidad del cangilón

I I I

por revolución

Caudal

V x r.p.rn. x (% de llenado)

La elección del ancho lateral A de los cangilones es bastante variable según diseños y fabricantes, puede oscilar entre .3v'D y .5v'D. La práctica más usual a lo largo del siglo XIX para calcular el número de cangilones era ,el multiplicar el diámetro expresado en metros por 8. La distancia entre cada cangilón seria pues de: s

nD / n

n = número de cangilones

)

•

L---I

ll~"11

e¿g;'

I~--

Hemos dividido por 2 el volumen total del cilindro concéntrico al eje formado por los cangilones, ya que cada uno es capaz de llenar como máximo la mitad del volumen que ocupa en el anillo cilíndrico. Pero además, debemos considerar que del volumen disponible en cada cangilón no se alcanza un llenado en funcionamiento real superior al 67%. Esta cifra está calculada experimentalmente para ruedas muy bien diseñadas provistas de cangilones metálicos o de fibra de vidrio. Lo usual es que el llenado se sitúe en torno al 50% de media. Disponiendo de estos datos podemos calcular el caudal necesario para alcanzar las revoluciones óptimas ya prefijadas:

o bien, si lo queremos expresar según el arce que ocupa seria: Arco = 360"/n Un método sencillo para determinar la curvatura de cada cangilón viene expuesto en la figure adjunta. Donde la distancia entre J y K es 1/3b La que existe entre el punto L y el M es 1.2s. Pare determinar el punto R de intersección de la cuero da trazada entre M y K con el arco debemos te· ner en cuenta que la distancia de K a R se calculé como 1/4 de la existente entre J y K. Por último el centro del arco que pasa por los puntos M y F se sitúa en una linea que forma un ángulo de 15" con el radio de la rueda (OM).

bc-~~C:GS "f-'

I o lE I I ¡H¡K¡L¡M¡"¡o¡,¡l G

(1.2)(S)

I I

-~ CENTRO DE LA RUEDA

Turbinas de Impulsión -~

Este tipo de turbinas se basan fundamentalmente en aprovechar la presión atmosférica que nOS da una columna o salto de agua para transformarlo directamente en energia cínéttca. A diferencia de las turbinas de hélice y las de reacción, el chorro de agua a presión actúa directamente sobre el rotor provocando el giro. En la mayoria de los casos se trata de máquinas con un diseño bastante poco sofisticado, lo que las hace bastante aptas para aplicaciones en micro-hidráulica. En el cuadro adjunto podemos observar el rango de aplicación más usual para cada tipo de turbina, donde se aprecia igualmente que la gama de aplicaciones de las de impulsión es muy amplia. A continuación expondremos los modelos más usuales de esta categoria.

Rango de aplicación para distintos tipos de turbinas

1.5

I.~

?(j

100

150

lOO

5011

lOilO

Turbina Pelton

TURBINA

PEL TON

El mismo prtnciplo por el que se accionaban los más antiguos molinos de agua se aplica a las modernas turbinas Pelton. El rotor consiste básicamente en un disco sobre el que se ha dispuesto en toda la periferia una serie de cazoletas en forma de cuchara. Es importante hacer notar que cada cazoleta tiene un perfil especial de doble curvatura que las diferencia de las empleadas en otras turbinas más sencillas. El chorro de agua a presión incide directamente en el medio de la cazoleta, siendo desviado en dos sentidos opuestos, lo que provoca el efecto de giro del rotor. La velocidad de rotación viene determinada por el volumen del flujo de agua y por la velocidad de ésta a la salida del eyectoro Este tipo de turbinas trabaja a máxima eficiencia cuando el rotor gira aproximadamente a la mitad de la velocidad de salida del chorro de

ROTOR DE UNA PEL TON

agua. Esta cualidad determina el que estas turbinas trabajen a altas revoluciones (entre 500 y 3000 r.p.m.) lo que las hace especialmente aptas para su conexión directa a generadores eléctricos, no necesitando multiplicación de vueltas en . la mayoria de los casos. La ausencia de multiplicadores resulta muy apreciable de cara al coste del equipo en las pequeñas instalaciones. La velocidad de rotación y el flujo de agua se controlan mediante un dispositivo especial en forma de aguja insertado en el interior de la lanzadera. Si la carga del sistema disminuyera repentinamente, entraria en acción un sistema de deflectores del chorro de agua con el fin de desviar paulatinamente la incidencia de este sobre el rotoro Este sistema se hace necesario, fundamentalmente en el caso de potencias medias, ya que hay que evitar los efectos perjudiciales para el sistema en el caso de un súbito descenso de la carga (efecto martillo). En muchos casos el control de los deflectores viene determinado por el generador eléctrico. Otra peculiaridad de las Pelton es que están especialmente adaptadas a saltos de mucha altura (> 40 metros) y que pueden trabajar con pequeños caudales de agua (entre 0,1 Y 50 l/s). Los rendimientos de estas turbinas son bastan-

te buenos, en torno al 75 - 80% de eficiencia, y se trata además de equipos con una relación tamaño/potencia superior a otros tipos.

Determinación

de la velocidad de giro

La velocidad de giro del rodete de una turbina Pelton puede determinarse en función de la altura del salto y del diámetro del mismo.

-IH/

r.p.rn. -137.8

H - desnivel del salto en metros D = diámetro del rodete em metros

Determinación

del diámetro del chorro

El número de revoluciones fijado por la expresión anterior guarda lógicamente relación con el diámetro del chorro o lanzadera y el caudal que empleemos. El diámetro apropiado se fija mediante la expresión: d = 16.8

...¡

/IR

d = diámetro del chorro en milímetros Q = caudal en l/s H = desnivel en metros

ACCION DEL CHORRO DE AGUA SOBRE LA CAZOLETA

Pelton provista de dos lanzaderas

SISTEMA DE CONTROL

A PLENA

CARGA

DEFLECCION

DE DEFLECTO y AGUJA

PARCIAL

DEL CHORRO

ACCION

DE LA AGUJA

PARA

INSTALACION

PELTON - TURGO

(Ext. Energía Hidráulica y Eólica Prácticas)

fórmula para el calcUló aproximado del mismo. La elección del ancho adecuado es importante ya que la velocidad que adquiere la turbina en el extremo del rotor depende lógicamente de la del chorro de agua. Por regla general la velocidad de giro es la mitad de la de salida de agua: U-.5V

u - velocidad en el extremo del rotor V - velocidad de salida de agua por la boquilla Por último para calcular el número de vueltas de la turbina no tenemos más que aplicar:

r.p.m. - (U x 60) /

donde: e -longitud de la circunferencia exterior del rotor.

Diferencias básicas de incidencia del chorro de agua entre turbinas Pelton y Turgo

P,lton

Turbinas Turgo La turbina Turgo es una variación algo menos sofisticada de la Pelton. Las diferencias entre estos dos tipos se basan en el diseño de las cazoletas y en la forma de incidir el chorro de agua sobre ellas. En la Turgo la cazoleta o álabe no tiene la doble curvatura que caracteriza a la Pelton, por lo que el chorro de agua se lanza lateralmente sobre los álabes. Sin embargo, la rueda Pelton admite chorros de menor diámetro que la Turgo: hasta 1/8 del diámetro del rodete, mientras que en la Turgo esta proporción es de 1/4. Por ello, para un mismo chorro el rotor de una Turgo puede tener la mitad de diámetro que el de una Pelton, por lo que girará a doble velocidad. Entre las ventajas de la turbina Turgo están pues, su mayor sencillez de construcción, menor tamaño y reducción de la multiplicación en relación con la Pelton.

Uno de los aspectos más importantes en el diseño de una instalación Pelton radica en ta elección del tubo de conducción del agua, debido a que toda la potencia que podamos obtener Se debe a la velocidad que esta adquiera. Vigilaremos pues, en primer lugar, el rozamiento para distintos tipos de tubos. El rozamiento no depende solamente del tipo de material, sino además del ancho de la conducción. Cuanto más ancha sea, menores serán las pérdidas por fricción. Por lo tanto, será necesario establecer un criterio óptimo entre el precio y el mayor ancho admitido por la turbina. Para calcular este ancho comenzaremos fijamdo la velocidad de salida del chorro de agua por la boquilla. La velocidad viene determinada por la siguiente fórmula:

V-V2.

g. H

donde: V - velocidad de salida del chorro de agua en el extremo de la boquilla g - aceleración de la gravedad H - altura útil del salto Por otro lado, el caudal que atraviesa un tubo puede determinarse conociendo la velocidad del agua y el área de la sección en un punto cualquiera. Podemos expresarlo de la siguiente manera: Q=V.

donde: Q - caudal m3/s V = velocidad del agua en un punto mis A - área de la sección del tubo en dicho punto m2 De estas dos expresiones podemos calcular el área que teóricamente debe tener la sección del tubo en cada punto, conociendo la altura y el caudal. No obstante, en la práctica el área teórica debe ser dividida por un coeficiente - .97.

Turbina Pellan.

Vista del rodete.

Area real

Area teórica I .97

Pero como todas las medidas referentes a conducciones vienen expresadas según su diámetro o radio, y partiendo de la base de que son cilindricas, calcularemos el radio según:

R-VAfll Diámetro - 2 R Este mismo proceso nos servirá para calcular la anchura deseada del chorro a la salida de la boquilla, aunque hayamos dado inicialmente una

CARACTERISTICAS GENERALES DE LAS RUEDAS HIDRAULICAS y TURBINAS Tipo de rueda

Rango del

o turbina

salto (m)

Ataque inf.

2 - 4.5

Diámetro (m)

r.p.m. óptimas

Eficiencia

Adaptabilidada

cambios de

Tecnología

Caudal

Altura

constructiva

Materiales

76.6{H/

35-45%

Buena

Ajustada

Sencilla

Metal/M adera

2H-4H(>4m)

76.6 v"H/

60-80%

Buena

Ajustada

Intermedia

Metal/Madera

2-4.5

H-3H

Dep. diseño

40-70%

Buena

Ajustada

Sencilla

Metal/Madera

Ataque Supo

3-9

.75H

76.1{H/D

60- 85%

Buena

No existe

Sencilla

Metal/Madera

Michell

5-80

.30 -1 m

39.4/H

60- 85%

Buena

Intermedia

Acero

D 80- 94%

Buena

Ajustada

Inter./ Alta

Acero/Fund.

Poncelet Variante Pone.

1-3

/ D

Pelton

15 - 500

.30- 4 m

137.8{H/

Francis

30 - 400

.30-4m

Dep. diseño

80-93%

Poca

Alta

Fundición

Kaplan

4- 35

.5-9

50 - 220

80-92%

Poca

Buena

Alta

Fund.

Turb. Hélice

2-60

0.5- 9

50 - 220

80-92%

Poca

Alta

Fund.

H - Altura del salto en metros D - Diámetro de la turbina en metros

Realización práctica de un rotor Turgo

Contrucción de un rodete Turgo

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El modelo que proponemos a continuación ha sido extraido del trabajo Energia Hidráulica y Eólica Prácticas. Juan Ignacio y Sebastián Urquia Lus. Los álabes son semiesferas hechas por embutido en chapa de acero inoxidable de 1 mm. El sistema de construcción puede apreciarse en el dibujo. Cada álabe debe tener un diámetro de al menos 1.5 veces el diámetro del chorro. Los álabes (normalmente 12) se soportan en una rueda de nylon con tornillos inoxidables de chapa. El chorro puede ser uno sencillo de lanza de manguera corriente de plástico y sin regulaciones. También se puede conseguir taladrando un tapón de fontaneria sucesivamente con diámetros menores. En las lanzas de plástico se consigue el diámetro adecuado cortando según nuestras necesidades a lo largo del cono de la lanza. El chorro se colocará en posición Turgo o Pelton, ya que conviene hacer pruebas con los dos sistemas. Una vez montado todo se realizarán pruebas variando el ángulo de ataque del chorro hasta alcanzar la máxima velocidad, potencia y mejor sonido.

Lanza de regar

JIJj} Ext. Energía Hidráulica y Eólica Prácticas. J.I. y S.u. Urquía Llus Tapón de fontanería taladrado

Turbinas Banki o Michell (Cross-Flow) Aunque sean más conocidas las clásicas turbinas Pelton, Francis o Kaplan, el principio de las turbinas de flujo transversal (Cross-Flow) no es nada nuevo. Este tipo de turbinas fueron ínventa-' das por un ingeniero llamado Michell quien obtuvo la patente en 1903. Simultáneamente el profesor húngaro Donat Banki desarrollaba el mismo sistema de turbina en la Universidad de Budapest. A este singular hecho se debe el que se las denomine indistintamente Banki o Michel. Pero no es sino a partir de 1920 cuando llegan a conocerse a través de publicaciones cientificas en toda Europa. A partir de esta fecha y durante décadas la fabricación de este tipo de turbinas se realizará casi exclusivamente por la firma alemana Ossberger de Bavaria. El rotor de una turbina Banki se caracteriza básicamente por su forma cilíndrica y por las palas trnoulsoras dispuestas radialmente formando un cilindro concéntrico al eje. (ver grabados adjuntos). La peculiaridad esencial de estas turbinas se debe al especial recorrido que sigue el agua una vez que ha incidido en el rotor. El agua golpea e impulsa dos veces las palas del rotor trazando Un recorrido casi rectangular. Si establecemos el simil del reloj veríamos gráficamente como el flujo de agua incide sobre las palas que están en la posición de las 9 horas atravesando posteriormente el interior del rotor en forma de tambor y golpeando las palas que se encuentran en la posición de las 4 horas. Por lo tanto la captación de energía mecánica se produce en dos fases, a la entrada y a la salida del agua del rotor. Este trabajo realizado en dos etapas no está concebido para permitir un aumento sustancial de la potencia captada, sino más bien como un medio bastante sencillo y eficaz de descargar el flujo de agua tras incidir en el rotor.

TURBINA BANKI

ESQUEMA DE LA SECCION

DE UNA TURBINA BANKI

Aunque se suele clasificar esta máquina dentro de las turbinas de impulsión se trata más bien de un caso original de turbinas de presión costante. La gran holgura de la boquilla o entrada del agua permite que el chorro alcance el rotor con una presión estática. Aunque en los modelos más recientes es bastante usual la inclusión de un arco que divide el chorro incrementando el flujo de

ROTOR

Se puede apreciar la disposición de los álabes soldados a los discos laterales. x es el ancho variable mencionado en el texto.

MODELO

DE TURBINA

BANKI EN FUNCIONAMIENTO

se aprecia claramente la trayectoria del agua a través del rotar. Museo de la Técnica. Munich.

Descripción de dos turbinas tipo Banki (Michell)

Los modelos qu describiremos son el resultado de la colaboración entre distintos organismos (NIDC, SATA/HELVETAS y UMN) que han desarrollado junto a la firma BYS, una serie de instalaciones de bajo costo y de desarrollo y fabricación local en el Nepal. La entrada de agua (1) está construida con dos láminas en forma de espiral logaritmica y soldadas a otras dos laterales planas tal y como podemos a preciar en el esquema. De esta manera, la boquilla de acceso del chorro de agua a la turbina tendrá una sección rectangular. El lado perpendicular al rectángulo que determina cada sección de la boquilla es lo que denominamos por x en la figura.

agua por superficie, esta innovación tiene como finalidad la reducción del tamaño de la turbina. Las turbinas Banki o Michell pueden ser empleadas en una gran variedad de saltos, desde 2 metros a hasta más de 100 de altura (Ossberger ha llegado a fabricar turbinas adaptadas a saltos de más de 260 rn.). Una gran ventaja adicional es que para un mismo diámetro de rotor se pueden acomodar una amplia gama de caudales. Esto se consigue sencillamente variando el ancho de la boquilla de entrada al rotor (distancia x señalada en el grabado) lo que nos ahorra en construcción una gran cantidad de elementos de ajuste. La relación entre el ancho de la boquilla y el diámetro del rotor es también muy variable, para distintos modelos esta relación fluctúa entre 0.2 y 4.5 según las apliacaciones y las condiciones de salto. Dada su sencillez de construcción, la eficiencie de estas máquinas es bastante aceptable: entre el 75 y el 80%.

El rotor está dotado de 28 palas o álabes (2). Las palas se construyen a partir de un tubo de 5 pulgadas y de 5 mm de espesor cuyo ancho viene determinado en la tabla de características generales. Los álabes dotados de esta curvatura se sueldan en cada ranura de los dos discos laterales de 40 cm de diámetro. A su vez, estos discos se encuentran soldados al eje central (3). Esta estructura es la que forma básícamente el rotor de la turbína. En el caso de que el ancho efectivo de trabajo del rotor ( x en el gráfico y las tablas) supere los 220 mm, es necesario incorporar un disco de soporte paralelo a los laterales. Por lo general, el eje sobresale del rotor en una distancia idéntica por los dos extremos. Sí la aplicación es mecánica, cada extremo se conecta a un juego de poleas de transmisión, pero si la turbina va conectada en uno de sus extremos a un generador eléctrico, el otro extremo de este eje se empleará para su conexión al sistema de control.

El flujo de agua se controla mediante un regulador (4). El regulador acciona un dispositivo en forma de U, montado sobre un eje paralelo al del rotor. Este dispositivo soporta en su parte superior una lengueta que hace de cuña regulando la entrada de agua a la turbina. La construcción de esta cuña debe ser lo mas precisa posible con el fin de que el ajuste impida al máximo las pérdidas de agua por los laterales. El mecanismo se acciona manualmente mediante un mando o eje (5) que se mueve bajo la acción de un volante roscado a dicho eje. Esta operación puede realizarse automáticamente mediante un cilindro hidráulico conectado al control de velocidad que se instala en uno de los extremos del eje de la turbina. La construcción de la turbina propiamente dicha se complementa con la carcasa, fabricada en dos piezas (8 y 9) Y anclada a la base de la estructura (7). Adicionalmente se construye el armazón que soporta al generador eléctrico (en el caso de que sea esta su aplicación) que también va sujeto a la base. Sobre la base y la estructura tambiéb se asientan los cojinetes que soportan el eje del rotor. Las dimensiones generales para 10 Turbinas distintas de este tipo según el ancho útil del rotor (x) vienen determinadas en la tabla de dimensiones. Este tipo de turbina, está especialmente adaptada para potencias inferiores a los 25 Kw, si bien SU diseño permite captar potencias mayores -hasta 60 Kw- ello significaria complicar los sistemas de control a la vez que reforzar la estructura. Para una gama mayor de potencias, y especialmente si contemplamos la posibilidad de la generación eléctrica, existe una variante algo más sofisticada de este proyecto que exponemos a continuación.

<, Esquema

general

----------

y dimensiones

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Turbina Banki Desarrollo:

NIDC

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780

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400

575 1100 1300

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,1, 1-1

11'

'1' :1:

1 , 11 ,-1

I~ :

1:: I

.4-

TABLA DE DIMENSIONES

A 352 372 402 452 482 502 522 602 662 702

B 462 482 512 562 592 612 632 712 772 812

(

694 71 4 744 794 824 844 864 944 1004 1044

GENERALES

0("')

50 70 100 150 180 200 220 300 360 400

260 280 310 360 390 410 430 510 570 610

Peso aprox. de la turbina (K g)

220 230 245 260 275 280 290

325 345 360

Medidas recomendadas para distintos tamaños de turbina y su relación con el ancho (x) de la boquilla

La modificación del diseño anterior posee un diámetro mucho menor: 200 mm. La reducción del diámetro permite a la turbina el girar a prácticamente el doble de velocidad que en el modelo precedente. Por lo tanto está especialmente adaptada para las aplicaciones que requieran un gran número de vueltas, específicamente para la generación eléctrica. En estas aplicaciones la segunda turbina representa una ventaja ya que nos ahorra en algunos casos la multiplicación de vueltas, y además se reduce considerablemente el peso y el tamaño del rotar. No obstante, esta segunda opción requiere un cálculo más detallado de la estructura y diseño de la turbina, al estar sometita a fuerzas mayores que el modelo precedente. Este modelo necesita igualmente un ancho mayor de la boquilla (x en las tablas), debido a que al reducir el diámetro del rotar se ha rebaja-

do considerablemente la descarga específica. En la representación esquemática de la turbína podemos ver que no varía sustancial mente can relación al modelo precedente, a excepción del regulador de entrada de agua dotado de un perfil específico. El regulador divide en dos el flujo de agua, permitiendo con su movimiento basculante en torno al eje que le soporta un control de la velocidad de giro y la descarga sobre el rotar. Este tipo de perfil y su ubicación permiten que el regulador no soporte directamente la fuerza del agua como ocurría en el caso anterior. Por el mismo motivo se requiere aplicar una fuerza menor en la operación de regulación. Las técnicas de construcción son muy similares a las del ejemplo anterior, excepto para las palas del rotar. Estas deben estar fabricadas a base de segmentos de acero modelados con una prensa hidráulica.

Ensamblaje de rotar y carcasa

Soldadura de rotar

La construcción de estas turbinas no requiere una infraestructura de talleres muy especializada. un taller mínimamente dotado podría hacer frente a su fabricación. Entre los elementos indispensables podríamos destacar: - Torno (> 200 mm) - Taladro. r;1 > 25 mm) - Sierra metálica - Soplete de acetileno - Equipo soldadura arco voltaico y de resto los útiles convencionales de un taller mecánico.

Características generales de las dos turbinas Mod.1 Rotor;lD (mm)

Mod.2

400

200

ALABES: número grosor: (mm)

28 5

32 2.5

Radio de curvatura r(mm)

Dif. radio cangilones

Variación ancho de boquilla Vel. de rotación (r.p.m.)-39.4 v'H/D Rango del salto Rango r.p.rn. Descarga espf. Os Descarga abs. l/s Potencia max. (Kw) Eficiencia max.

50 ~ x ~ 400 50 ~ x ~ 920

98.5 v'H

197xYH

de 2 a 19 m

de 7 a 80 m

de 140 a 430 de 520 a 1750 0.35 Os.x.yl(

0.15 Os.x.JF4

70%

75% Despiece de una turbina Banki del segundo modelo

Propuesta de..turbina Michell de fácil construcción

- Hacerlos girar sobre la plancha hasta completar el dibujo de los dos círculos. Figura 2. - Trazar las ranuras sobre el soporte de cartón, hasta completar los círculos siguiendo la dirección de las agujas del reloj. Figura 3.

I '

1. Alabes soldados a la cara exterior de cada disco 2. Alabe construido a partir de una tuberia estandar 3. Eje. Transmíslón de la potencia de la turbina.

Este diseño ha sido desarrollado por el grupo VITA (Volunters in Thecnical Assistance) dentro de la gama de propuestas de tecnologías apropiadas a pequeñas comunidades y sin un alto grado de desarrollo tecnológico. El plano general del rotor que se adjunta en esta edición está representado a escala 2/3 de su tamaño real. Así pues, una de las primeras tareas para comenzar la construcción de la turbina según las especificaciones siguientes será el recunstituír el tamaño real del plano mediante fotocopia o procedimiento fotográfico. Se trata de una turbina de 30.5 cm de diámetro y el plano recoge igualmente la disposición y el ancho de las ranuras donde van ubicados los álabes. En la figura adiunta podemos apreciar dos perspectivas de-ra turbina propuesta con las dimensiones y grosor de los distintos componentes. Una vez tengamos ampliado el plano a su tarnaño real, el procedimiento a seguir para inicial la construcción será el siguiente: - Recortar el semicirculo del plano que representa la turbina y pegarlo sobre un soporte de cartón o papel muy grueso. - Trazar los ~emicirculos utilizando el plano sobre una plancha de acero de dimensiones adecuadas, tal y como se indica en la figura 1.

- Cortar las ranuras con un cuter, dejando de este modo 10 espacios que perrnitirán el trazado sobre la plancha de acero. - Repetir el proceso anterior sobre la plancha de acero hasta cubrir el área de cada circunferencia. Figura 4.

- Taladrar con una broca de 2 mm un agujero en el centro de cada circunferencia. Este punto estará señalado por la cruz resultante del dibujo de los circulos iniciales. Este agujero servirá de eje para cortar la plancha metálica. Figura 5.

Construcción de los alabes Para calcular la longitud de cada álabe emplearemos la siguiente fórmula:

L [cm]1292

x Caudal

[l/s]

Diámetro de Turb. [cm] x

V Altura

3.81

salto [m]

- Una

- Tomar un recorte metálico plano de 20 x 5 cm. Practicar el este dos agujeros a distancia apropiada que servirán uno de alojamiento para el soplete y el otro como guia sobre el centro de la circunferencia. - El tamaño del de la guia central debe ser también de 2 mm para evitar desplazamientos ideseables en el corte. Y la distancia entre uno y otro ajugero deberá ser lógicamente de 15.25 cm. - Ajustar las piezas de este dispositivo según se indica en la figura 6. - Usando el dispositivo, cortar según las lineas trazadas de cada circulo usando el soplete. - Una vez realizada esta operación, las ranuras dibujadas que servirán de alojamiento a los álabes pueden ser vaciadas utilizando una sierra. - Por último, cortar un circulo de 4.5 cm de diámetro a partir del centro, que servirá de alojamiento al eje central del rotor.

SOPLETE

r-:::J;===;r

RECORTE CLAVO

METALlCO

~ ~CHA ==9#=======lF==" /

15.25

2Jrm

vez determinado el largo, cortaremos un tubo de acero de 10 cm de diámetro en secciones de esta longitud. Debemos cortar tantas secciones como necesitemos teniendo en cuenta que de cada una de ellas sólo podremos extraer 4 álabes. - Para cortar longitudinalmente cada álabe nos serviremos de un ángulo de hierro que sirva de guia al soplete, tal y como viene en la Figura 7. Aunque también podemos hacer uso de una sierra circular. - Comprobar tras el corte que el ancho de cada álabe, tal como se indica en la figura 8, es de 63 mm. - Si hemos empleado un soplete, debemos comprobar que cada pieza no haya perdido su forma, ya que es normal que por el efecto de la dilatación se produzca un cierto alabeo o deformación. En este caso enderezarla con la ayuda de un martillo. Punto de soldadura

CONTRAPESOS

RODAMIENTOS

Montaje de la turbina

,__

(

•.... SOLDADURA

..•

--EJE

POR LA CARA EXTERIOR

- Cortar un eje de acero de 4.5 cm de diámetro. Su longitud total debe sobrepasar en 60 cm el largo anteriormente determinado. - Instalar los cubos metálicos que actuarán de refuerzo de cada sección lateral. Estos cubos o abrazaderas deben permitir el paso del eje tal y como se indica en la figura. - La sujección a las secciones laterales se efectúa mediante cuatro tornillos con tuerca de seguridad, el ancho a taladrar para cada uno es de 20 mm. Los pernos provistos de tuercas deben tener 20 mm de ancho por 3 cm de largo. - Buscar dos soportes de -la misma altura para apoyar los extremos del eje y comenzar el ensamblaje de la turbina. - Ajustar cada disco lateral a una distancia de 30 cm de cada extremo del eje. - Insertar en cada ranura correspondiente un primer álabe, y comprobar minuciosamente que éste queda parfectamente paralelo al eje. Una vez conseguido esto, darle un punto de saldad ura en cada disco. Figura 9. - Girar la turbina y repetir la operación con otro

álabe en el extremo contrario. Comprobar que queden paralelos entre sí y con el eje. - Soldar las abrazaderas o cubos metálicos de cada disco al eje. - Una vez alineada la turbina y soladados los discos, comenzar la soldadura correcta de todos los álabes por la cara exterior como se indica en la figura 10. - Montar el eje de la turbina sobre los soportes provistos derodamientos tal y como se indica en la figura 11. Golpear ligeramente en un sentido u otro los soportes hasta que el giro del rotor sea lo más fluido posible. - No nos queda más que repasar el perfil exterior de los álabes, ya que el ajuste en la toma de agua debe ser'io más perfecto posible. - Esta operación puede ser realizada con la :ayuda de una lijadora eléctrica portátil montada sobre una guía o raíl paralelo al eje de la turbina. - Repasar álabe por álabe todo el rotor. , - El último paso de la contrucción del rotor consiste en el equilibrado. Para ello nos serviremos se contrapesos adosados a las caras exteriores por un punto de soldadura. Comprobar minuciosamente el equilibrado ya que este fallo nos podrá 'significar grandes problemas de vibraciones indeseadas.

Construcción de la boquilla La anchura de la boquilla de acceso del agua' a la turbina viene condicionada por la siguiente fórmula:

Como máximo esta medida debe ser inferior en 1.5 - 3 cm al ancho del rotor que hemos fabricado. En la figura adjunta podemos ver la disposición de la boquilla con relación al rotor. Para construir la boquilla podemos tener en cuenta las siguientes consideraciones:

- Las secciones rectilíneas pueden ser construídas a partir de una plancha de acero de 6.5 mm de espesor. Como hemos dicho. la anchura debe ser al menos entre 1.5 a 3 cm inferior al ancho total del rotor. La sección lateral y sus dimensiones vienen representadas en la figura 12. - La mayor dificultad radica en el moldeado de la sección curva. Esta puede ser extraída. si se dispone de esta posibilidad. de un tubo de acero de 15 cm de radio. que posteriormente se soldará al resto de las secciones rectilineas. En el caso de no disponer de un tubo de estas dimensiones pero al menos tener acceso a su uso. podemos modelar la plancha utilizando un segmento de tubo de estas caracteristicas. - El dagrama de la figura 12 nos suministra toda la información sobre el montaje de la turbina y la boquilla de acceso.

25cm Minimo -

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4.5cl1

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GUIAS

:> 6.s.. BOQUILLA 8,

4.5 cm. EJE : I

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Esquema de la boquilla encaje en la turbina Dimensiones

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Obra civil, estructura, RASTRILLO

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INSTALACION DE ALTURA SUPERIOR A 10m

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Nivel sup~r~

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Compuerta

En el caso de que se trate de saltos de muy poca altura, la estructura necesaria puede ser realizada en hormigón, madera o chapa metálica. En los grabados adjuntos apreciamos algunas perspectivas de la obra para saltos de 1 a 3 metros. Un aspecto muy importante de esta fase final es el sellado de los extremos del eje que sobrepasan la estructura. Ello se puede realizar mediante dos discos de acero adosados a cada cara de la estructura y concéntricos al eje. Pero debemos cuidarnos de que tengan una cierta holgura minima para evitar que entren en contacto con el eje si éste vibra. Se sugiere darle al diámetro central 3 milimetros del holgura. En el grabado 13 se representa la misma instalación pero adaptada a un salto del mayor altura. Vemos que la instalación está provista de un rastrillo para evitar la instroducción de objetos en la turbina, dado que a una mayor velocidad los impactos pueden ser más dañinos. Además, el tubo de conducción está provisto de una llave de paso con la finalidad de poder regular el caudal según nuestra conveniencia .

DISTANCIA VARIABLE

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路 Rebabas a lijar ajustarse al di谩metro de la turbina

INSTALACION

Turbinas de Reacción

TIPICA DE UNA TURBINA DE REACCION

" DISTRIBUCION

ELECTRICIDAD

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En la mayoria de las explotaciones hidroeléctricas existentes las turbinas empleadas son de reacción. Aunque en algunos casos se puedan emplear para los mismos fines que las de impulsión, se basan en un principio totalmente diferente. En primer lugar, el rotor se encuentra totalmente sumergido en la corriente de agua, y ésta actúa a la vez sobre todo el conjunto al contrario de las de impulsión, donde el chorro impulsaba en cada instante un solo elemento. Por otro lado, el diseño de estas máquinas busca captar la potencia del salto basándose más en la presión del agua que en la velocidad del chorro como ocurría con las de impulsión. La presión y velocidad del agua disminuyen tras su paso por la turbina. En realidad se comportan de una manera bastante similar a las bombas centrifugas, sólo que girando en sentido inverso. Poseen la ventaja de un alto grado de eficiencia (hasta el 95%), teniendo en cambio la desventaja de su poca adaptabilidad a situaciones diversas. Estas turbinas, normalmente utilizadas en los saltos de cierta potencia, se diseñan casi exclusivamente para cada situación concreta. Podemos dividir esta categoria de turbinas en dos grupos bien diferenciados: Turbinas Francis y de Hélice.

EJE

Turbinas Francis Se les denomina también de flujo radial por el sentido en que incide el agua sobre el rotar. Constan esquemáticamente de una entrada de agua en forma de voluta, de unas guias fijas y de un rotar dotado de álabe s con perfil curvo y cierta torsión. El agua recorre el canal anular siendo desviada por las guias fijas, lo que provoca su aceleración y por lo tanto aumenta la velocidad de rotación de la turbina por el principio de acción y reacción. Las guias fijas además de acrecentar la velocidad de rotación que adquiere el agua en la voluta, eliminan eficazmente las turbulencias y remolinos que constituyen una fuente de pérdidas energéticas bastante estimable. La regulación de las guias para su adaptación a las caracteristicas del caudal es una de las causas de la poca flexibilidad de estas turbinas para ajustarse a una gama amplia de saltos. Las guias de la turbina Francis juegan en realidad un papel similar al del inyector o lanzadera en la Pelton. El los grabados y esquemas adjuntos se puede apreciar la trayectoria del flujo de agua así como la disposición del conjunto en forma de cruz. Otra de. las particularidades de su diseño es que generalmente las características de la canalización, de la carcasa y de la obra varían para cada caso particular. Su rango de aplicación se sitúa entre los 30 y los 700 metros. Cuando los saltos son de un rango inferior se utilizan otro tipo de turbinas de reacción.

GUIAS·

ENTRADA

VOLUTA

DE AGUA

Rotor de una turbina Francis Esquema del flujo en una turbina Francis

TURBINA

FRANCIS

Turbinas de hélice

Rotar turbina Francis

La principal diferencia con las turbinas Francis radica en que el rotor está formado por hélices a semejanza de las que impulsan los barcos. El principio sigue siendo el mismo, lo que varia es el sistema de captación de energia. El rango de aplicación varia entre 1 y 30 metros, es decir, justo la zona en que las de tipo Francis no son eficaces. En diseños de una cierta potencia, el ángulo de incidencia de las hélices puede controlarse para adaptarse a las necesidades de generación o variación del caudal. El paso variable de la hélices no se suele emplear en aplicaciones de cierta potencia por su relativa complejidad. Existe una gran variedad de turbinas de este tipo:

1. Turbina 2. Doble cono 3. Multiplicador 4. Generador 5. Trayecto del agua 6. Aceite sistema hidráulico

•

Turbinas Bulbo

En este caso, tanto la turbina como el generador se encuentran sumergidos en el curso de agua. Straflow

El generador se encuentra ubicado en el perimetro de la turbina. Kaplan

Tambien denominadas de flujo axial por el recorrido del agua. El agua es deflectada hacia la hélice mediante unas guias fijas, de una manera bastante similar al sistema Francis. Estas turbinas se suministran frecuentemente con hélices de paso variable. Turbina Kaplan

PASO VARIABLE

GUIAS

LA llAMeE

IE.D.F. . Ir.laña

. Frando)

la 000 kW bajo 5.75 m. 2<4 grupos mor.matrices derivados de los ensayos i"dustrioJu rechecdcs en Soin/-Molo y previstos poro;

• turbinoqe directo o inverso. bajo sollo de J a 11 m; • bom~ directo o inverso. bajo sollo de 1 a 6 m; • armcia directo o inverso. El cambio de lunción o de sentido de circulocion u realiza por una raloción de los polas de 35(\,

TURBINA BULBO

Cod:J qrupo comprende: • uno turbina de la 000 Jc'N b~io un salto de 5.15 m; el de rodete: 5350 mm : 12) de bulbo; .f 350 mm; ve~ocid:ld : 93.75 t.p.m. • un allernador de 100CO Jc:VA . 3 SOD V · 93.75 r.p.m .. móquina tritásica síncrono. Entriomlento por aire y ]:01 v.braciÓn sobre lo pared de 10 ojiva (aire a uno presión de 2 kq abs::.Jutos enviado por un venlilador inrerjor situado en el exnem:> de la ojiyo).

Ariete Hidráulico

En determinadas circunstancias el empleo del ariete hidráulico puede se-r la forma más sencilla y barata para el bombeo de agua. Si contamoscon un cierto desnivel yagua abundante en relación al caudal que deseamos bombear, esta técnica puede ser la más apropiada. El ariete hidráulico aprovecha la energia acumulada en una conducción de agua para bombear una parte del caudal a una altura como media cuatro veces superior. Esta singular bomba de agua está especialmente indicada para sistemas de regadio de fincas situadas a cotas superiores al curso del canal o arroyo. El esquema de funcionamiento es bastante simple. La presión que ejerce el agua cierra en determinado momento la válvula delrnpulsión, al detenerse bruscamente el flujo se abre la válvula que da acceso a la cámara de aire, pasando el agua al depósito hasta que se equilibran las presiones. La válvula de acceso a la cámara de aire se cierra impidiendo el retorno del agua y se reinicia el proceso. Aunque el agua sea impulsada de manera discontinua, se obtiene un caudal de bombeo prácticamente continuo ya que el ariete funciona con una frecuencia de uno o dos ciclos por segundo. El ariete hidráulico que describimos a continuació: ha sido extraido del trabajo realizado por S.b. Watt, publicado por el VITA e Intermediate

Technology. Se trata de un modelo desarrollado en torno a los años cuarenta. En la publicación ya mencionada de los Hnos. Urquia se expone otro modelo de fácil construcción y esquemas muy asequibles.

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ARIETE

HIDRAuLiCO

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o Diagrama de un sistema de bombeo con ariete hidráulico

I agua

eXPulsada

Por la válvula

----------

Elección del tubo de conducción El tipo de tuberia y el diámetro son factores muy importantes de cara a un correcto funcionamiento del ariete. El material puede ser variable, desde acero galvanizado hasta tubos de PVC, con la condicción de que sean de buena calidad debido a las presiones que deben soportar. El criterio para elegir el diámetro de la conducción se basa en la relación que tenga con el largo de la tubería. Esta relación debe mantenerse entre unos limites: 150 < L/O < 1000 siendo L el largo y O el diámetro de la conducción. En la práctica y en el caso del modelo propuesto, la elección se puede simplificar, de manera que eligiremos como criterio simplificado el que la relación sea igual a 500 y que el largo de la tubería sea cuatro veces mayor que el desnivel de trabajo. Pongamos un ejemplo. Si suponemos que el desnivel es de 4 metros y que el tubo disponible posee un diámetro de 25 mm, tendremos: Primer criterio: L - 500 x 25 - 12.500 mm - 12.5 m Segundo criterio L - 4 x Desnivel - 16 m Entre estas medidas el ariete puede funcionar correctamente, eligiendo el tamaño más adecuado para nuestra instalación. El tubo de descarga es menos importante y pueden utilizarse los de PVC que son más baratos. En nuestro caso eligiremos uno de al menos 20 mm útiles de sección. La construcción del ariete que vamos a desarrollar se realiza básicamente con dos tipos de tubería. La conducción debe tener una medida interior de 30 mm. El resto de la estructura, exceptuando el tubo de descarga se realiza con segmentos de tubería de 50 mm. A todo ello hay que añadir las conexiones, junta ~orma de T y llave para completar el m~eriall'lase. Se recomienda que todas las pletas estén galvanizadas y las juntas Elet5"éñ9star muy bien estopadas y selladas, ya que las presiones de trabajo y las variaciones de dirección del agua son importantes.

aire I

aire

agua

Ciclo del Ariete Hidráulico

CAMARA_F1 U DEAIRE

TUBO DE DESCARGA

Tornillo para regular la carrera de la válvula

Válvula ~~~:;e

aire

V~lvula

Pletina

Tornillo para regular la tensión en la pletina

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e;'~ •..&iii;'~""------8-'" \

Codo 90"

TUBO DE ALlMENTACION

Junta en T

Vรกlvula de impulsiรณn

Tubo de conexiรณn

50 mm

El conjunto de la vรกlvula y la pletina resorte constituye la parte fundamental del ariete. Las distintas variables y medidas de cada componente vienen expresadas en los planos adjuntos. Una vez preparadas y taladradas las distintas piezas, se comienza soldando la conexiรณn de un tubo de 50 mm a la plancha, procurando que quede centrada con respecto al agujero de 30 mm. Fijarse en que la plancha posee dos agujeros ovalados, lo que permitirรก posteriormente un cierto juego para centrar la vรกlvula. A la pletina se le da la forma a partir del mismo tubo que empleamos de 50 mm. Es muy importante que los agujeros taladrados para el alojamiento del perno que regula la tensiรณn coincidan exactamente para no descentrar el conjunto. La vรกlvula en funcionamiento no tiene prรกcticamente ningรบn desgaste si exceptuamos la arandela de caucho, fรกcilmente sustituible. Esta puede construirse a partir de una cรกmara usada de tractor. PLANCHA

Medidas: 150x BOx 3 mm. Acero templado.

6 mm ~ elongados.

/50

1" 30 mm,.E'S

$-?-c? +0

PERNO 6 mm O y 90 mm largo

PERNO 4 mm O regula la carrera de la válvula PLANCHA

ARANDELA de caucho 40 mm O

AR_A_N_D_E_LA

R_E_G __U_L_A_C_IO _L_A__T_E_N_.S_1_O_N __P_L_E_T_IN_A____________________ SISTEMA DE__N_D_E LA _VÁLVULA DE __E_N_L_A IMPULSION

Vá_lv_u_la_d_e_im_p_ul_Si_Ón

•..•

PLETINA PESOS

Medidas: 650 x 30 x 2 mm. Acero templado.

6 11-,.,......;.._·

----·:.....--1·

o •

GUIAS FIJAS

I RECORRIDO

~--~'~60~--~~41_7~o~.i~.~7~o~I-.--~2~5~O~----~~

Segunda opción. Si deseamos una válvula de impulsión más robusta que la precedente adjuntamos otro modelo de realización algo más complicado. En este caso la pletina se sustituye por un sistema de contrapesos que nos permitirá regular el recorrido y la fuerza de la válvula.

Válvula de impulsión segunda opción

VÁLVULA

DE DESCARGA

ARANu~LA DE.CAUCHO 45mm,lf

VALVULA ANTIRETORNO 3mm'

Construcción de la válvula de descarga Esta válvula tiene como función el evitar el retorno del agua una vez que ha penetrado en la cámara de aire. Se realiza a partir de una conexión y una plancha de acero de 3 mm. Esta plancha debe estar bien torneada, los ajugueros deben estar bien pulidos y sin sobrepasar los 5 mm O para evitar que el caucho se deforme y desgaste antes de lo previsto. Por la misma razón la soldadura de la válvula por la cara interior de la pieza de conexión debe estar bien rematada.

Inclusor de aire

I...•__

-----s~o~ ..... ~

El inclusor tiene como función el introducir en cada ciclo unas pocas burbujas de aire en la cámara. De esta manera se mantiene la presión en la cámara de aire. Se trata de un pequeño orificio de 1.5 a 2 mm de diámetro por el que introducimos un alambre de cobre cón cierta holgura. También podemos emplear uan válvula de aire desechable, de uso bastante común.

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VALVULA SOLDADA LA CARA INTERIOR

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Cámara de aire y descarga

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CONEXION 50 mm o

La cámara de aire del ariete va acoplada a la junta en forma de T que conecta con el tubo de descarga. Esta cámara es fundamental, ya que sin ella el ariete se romperia o dejaría de funcionar. Se contruye con un segmento de tuberia de 50 . mm O y 1 metro de longitud, roscada por los dos extremos. Las juntas y la tapa deben estar prefectamente selladas.

Sistema de 13$t-,

.transmisi贸n mediante

correas

MOTOR

HIDRAULlCO

Acoplamiento

de una turbina

un motor de gasolina

Rotación ROTOR

del Campo

Magnético

Generadores para turbinas

ei cambio del flujo magnético en el estátor crea la inducción

eléctrica

Suministro de corriente continua alimentación

del campo magnético

Un generador eléctrico es una máquina capaz de transformar la energia mecánica de rotación en energia eléctrica. Su funcionamiento se basa en el principio de inducción eléctrica, por medio del cual se produce un flujo periódico de electricidad en la bobina conductora como resultado de la variación de flujo en las lineas de fuerza del campo magnético que la atraviesa. De una forma resumida, estas máquinas generan electricidad basándose en el movimiento relativo entre una bobina y un campo magnético. De lo anterior se deducen dos concepciones o diseños básicos de generadores eléctricos: en un caso la bobina gira en presencia de un campo magnético constante, o bien en el otro, la bobina se mantiene estacionaria y es el campo magnético el que gira. La disposición más usual es ésta última. La armadura exterior o estátor del generador consistiria en un anillo de hierro provisto de un embobinado (inducido) por su cara interior. Los polos magnéticos del rotor girarian muy asjustados al estátor, y la corriente eléctrica producida por el efecto de inducción eléctrica se recoge directamente en el estátor. En estos casos se requiere una pequeña cantidad de corriente eléctrica para mantener el campo 'magnético en el rotor que por regla general se le suministra mediante escobillas de carbón o cobre directamente al eje del mismo.

Altemadores y dinamos drlv. pull.y

AL TERNADOR

TRIFAS/CO

El caso anteriormente descrito es el de un alternador, es decir un generador eléctrico de corriente alterna. Las dinamos, en cambio, son generadores eléctricos de corriente continua. En la dinamo se invierten los términos y la corriente eléctrica se genera en la bobina o inducido del rotor. Esta se recoge mediante escobillas de los colectores situados en el mismo rotor. A. diferencia de los alternadores, el campo magnético se crea mediante la bobina inductora (estática)

situada en el estátor. En este caso, para mantener el campo magnético se recupera parte de la corriente generada en el inducido que se hace pasar a las bobinas inductoras. En el caso en que la dinamo esté parada, siempre queda un pequeña campo magnético en la bobina inductora que al comienzo del . giro produce una pequeña corriente que a su vez aumenta el valor del campo; a este proceso se le denomina autoexcitación. Por el contrario, en los alternadores la excitación del campo se crea mediante una fuente externa de corriente continua o bien mediante imanes permanentes.

Venlono. 01 coleclor escobillo.

Armadura

Elección de generadores para micro-turbinas Los generadores de corriente continua o dinamos tienen un uso muy restringido en estas aplicaciones. Se circunscriben a un campo de potencias muy bajas y para usos muy especificos, aunque tienen la ventaja de que para aplicaciones muy pequeñas aceptan una gama de revoluciones muy amplia, lo Que evita en los diseños domésticos todo tipo de regulación. En relación con los alternadores, las dinamos son mucho más pesadasynecesitanademás,unmantenimientoy vigilancia continuos de las escobillas y los colectores. Para instalaciones de potencia superior a los 3 Kw, lo más frecuente es recurrir al uso de alternadores. Sin embargo, llegados a este punto se hace necesario el establecer varios criterios de elección.

Generadores síncrono , La parte magnética tiene como función el crear un campo magnético radial y canalizar el flujo hacia la parte fija Que es el inducido. El inductor, Que crea el campo magnético, está constituido por el eje de la turbina. Este rotor eS por regla general un imán permanente, lo cual presenta la ventaja de que se suprimen escobillas y colectores al igual que su mantenimiento. El inducido, en el cual se recupera laenergia, es el estátor.

Despiece

de una dinamo

Bobino ¡ndudora

estáticos de diodos con la misma finalidad. El arranque se fectúa en asincrono, y cuando la velocidad se aproxima al sincronismo, se alimenta el circuito inductor en continuo y el motor se sitúa en velocidad de sincronismo. El sistema de excitación se completa con un regulador automático de tensión que la mantiene constante, haciendo variar la corriente de excitación según las necesidades en energía reactiva de la red. Los generadores síncronos se utilizan preferentemente en la alimentación de pequeñas redes autónomas.

Generadores asíncronos Se utilizan preferentemente cuando la central está conectada a una red potente, aunque ello no excluye su empleo en redes aisladas. . Los generadores asíncronos absorven en el arranque una potencia reactiva importante, lo que conlleva una caida de tensión y un reducción importante del par de arranque. Esta potencia será cubierta por la red, por lo que la instalación debe estar dotada de una bateria de condensadores. La velocidad y la tensión en este caso están mantenidas por la red. Para obtener una frecuencia determinada, la velocidad del alternador debe ser rigurosamente constante, de ahl el nombre de generador sincrono. El periodo de la corriente inducida representa el tiempo empleado por un polo Norte en remplazar a otro precedente del mismo signo. Siguiendo el número de pares de polos, la velocidad (N) de rotación del alternador deberá ser, para obtener una frecuencia de 50 Hz, de: 1 par: N - 3000 r.p.m. 2 pares: N - 1500 r.p.rn. 3 pares: N - 1000 r.p.rn. Los polos inductores necesitan una alimentación de corriente continua, ésta puede estar constituida por una excitación montada en el extremo del eje. La excitatriz es una dinamo que gira a la misma velocidad que el rotor del alternador. En otros casos también se emplean sistemas

La mejora del cos . de la instalación mediante el empleo de condensadores permite disminuir las pérdidas debidas al efecto Joule y las caidas de tensión, así como mejorar el par de arranque de las máquinas y reducir los efectos negativos debidos al consumo de energía reactiva. En comparación con los generadores síncro!'lOS, los asíncronos son más simples, robustos y sobre todo más económicos. Para pequeñas potencias e instalaciones de bajo costo deberemos recurrir, en la medida de lo posible, al empleo de este tipo de generadores.

Regulación Los motores y aplicaciones eléctricas requieren por lo general una frecuencia y un voltaje estable. Pero para que un alternador pueda suministrar la corriente a una determinada frecuencia y voltaje es necesario que la velccidad de giro de la turbina se mantenga dentro de unos limites bastante precisos. Ahora bien, en muchas instalaciones hidroeléctricas pueden producirse variaciones apreciables de carga, variando igualmente, en el caso de sistemas aislados, la demanda de potencia. Se hace pues necesario el empleo de dispositivos reguladores de la turbina. Esta regulación puede realizarse básicamente mediante procedimientos mecánicos o electrónicos. Un procedimiento mecánico usual se basa en aumentar la inercia-de las masas en giro utilizando volantes de inercia. El volante es scctonado por el e:d de la turbina y controla su velocidad. Toda variación de velocidad provoca la acción del volante en el sentido corrector deseado. Este movimiento se amplifica hidráuliéamente y acciona un servomotor que a su vez regula el dlsposltl. vO de admisión de la turbina, variando la carga y manteniendo la velocidad original. En las aplica- _ ciones más sencillas, como el ejemplo más simple de turbina Banki, esta regulación se efectúa

Regulador República

de circuito hidráulico Popular China

(aceite) .

---------------------------------------------------------------

REGULADOR

.----

-j'

diodos '-_

.. :::

l?ir

turbina

• •

multiplicador

etectrorur-itntcos y triacs

«>

R N

I batería de resistencias

...........•......

I 2

ge~erador

>~: manualmente. Los sistemas de regulación electrónica de absorción de energia son también muy utilizados. En este caso el grupo mantiene constantemente su potencia nominal y, gracias a un balance electrónico, el excedente de potencia resultante de la diferencia entre la producida y la demandada por la red se disipa mediante resistencias o bien frenos hidráulicos o eléctricos. Cuando la energia sobrepasa un humbral, la frecuencia tiende a caer, los diodos analizan esta caida con relación a los datos de referencia y ponen en acción las resistencias. Muchas firmas como Neyrpic utilizan un freno dotado de un circuito de refrigeración para disipar este excedente.

Sistema de transmisión por correas. Es un sistema simple y fiable, que multiplica la velocidad de rotación con relación a los diámetros de las poleas utilizadas. Es el sistema que normalmente . encontramos en las antigüas instalaciones rnlcrohidráulicas. Se recomienda para aplicaciones artesanales, sobre todo cuando la elección o búsqueda del generador se hace dificil. Tengamos en cuenta, que al igual que en los aerogeneradoPor regla general, la velocidad de rotación de res, la elección del multiplicador puede ser deterla turbina no se adapta a la requerida por el geminante en el diseño de la instalación. nerador, por lo que debemos emplear dispositiMultiplicadores de engranajes. Normalmente se vos de multiplicación del número de vueltas de la encuentran en el mercado como reductores. Se turbina. comercializan pocos multiplicadores y para -apll-

Multiplicadores

caciones muy especificas, por lo que podemos aprovechar la amplia gama de reductores invirtiendo el sentido de uso. Los reductores no son m~ caros, pero su elección debe ser lo más meticulosa posible, incluso se recomienda que el diseño de una instalación comienze por la elección del.rnultlplicador.

Suministro En el caso de utilización privada la tensión debe ajustarse lógicamente a la disponible a la salida de la microcentral, en el caso de los equipos comerciales, éstos se suministran indistintamente a 220 V Y 380 V, según las necesidades, y muy ocasionalmente en continua. Es importante resaltar que en el caso de que los puntos de censu-ro se encuentren alejados de la microcentral y tratándose de sistemas aislados, las pérdidas de tensión pueden ser importantes. La caida de tensión U puede obtenerse de la siguiente manera: U - n.(R.I) siendo R - . l/s I - longitud del cable entre' el generador y el lugar de utilización. s - sección del cable en m2 = resistividad del material utilizado cobre: 1,8.10-8, m aluminio: 2,7.10-8, m I - intensidad nominal en amperios n = número de conductores según sea mono o trifásico. Cuando se trata de sistemas ailados, y particularmente en el caso en que el caudal sufra variaciones importantes a lo largo del año corriendo el peligro de desabastecimiento, se hace necesario pensar en una fuente auxiliar: aerogeneradores, grupos diesel, etc. Cuando las dos fuentes están previstas para suministrar electricidad a una red aislada, debe-

mos preveer el equipo necesario: - una turbina con regulación de velocidad que suministre una calidad de frecuencia análoga al grupo de apoyo. - un generador con regulador de tensión, de manera que las tensiones respectivas de las dos fuentes sean idénticas. En instalaciones de potencia muy pequeña puede' pensarse en el acoplamiento directo a nivel de alternador de un pequeño motor de gasolina o fue!. En el mercado se encuentran disponibles y a buen precio una gran cantidad de grupos electrógenos equipados con alternadores o dinamos. Algunos están provistos de un sistema de transmisión de correas trapezoidales que permiten una sencilla conexión con el motor hidráulico, manteniendo el motor auxiliar como sistema de apoyo. .La potencia de estos grupos varia entre 500 W y 2.500 W.

Transmisión.

Transmisión

y ecootemiento

Tipos de engranajes.

mediante,cadena

Cálculo ~el caudal y la altura de un salto de agua A lo largo de los capítulos precedentes hemos dado por conocidos el caudal y la altura del salto. Sin embargo, son éstos los primeros factores que tendremos que determinar a la hora de instalar Un sistema de aprovechamiento hidráulico. Por caudal entendemos la cantidad de agua disponible en un momento determinado, por regia general se expresa en litros/segundo en m3/segundo. Por altura del salto se denomina a la diferencia de cota entre el nivel superior del agua (superficie del arroyo o presa) y el punto de uso (turbina, rueda, ariete, etc.). ó

ESCALA O SIMILAR

Altura del salto -

-------

---

-~~~~

Hay varios métodos para medir la altura de un salto, variables según la complejidad y la exactitud de los resultados. Describiremos someramente los más usuales: Uso de planimetría Si disponemos de una planimetria a una escala muy detallada (por ejemplo 1:1000) podremos hacrnos un cálculo inicial de la magnitud del salto. Esta primera aproximación sólo seria válida en este caso, para saltos superiores a los 50 metros y con conducciones de una cierta longitud. Fotografia aérea El procedimiento fotográfico nos da excelentes resultados para situaciones similares a las descritas en el anterior apartado. Tiene, sin embargo, el inconveniente de que la fotointerpretación es una técnica relativamente complicada que requiere la participación de un experto. Altímetro de bolsillo Para saltos de gran altura es un procedimiento bastante sencillo y barato. El inconveniente radica en que las medidas no son excesivamente fiables.

<t~f~~-----

Nivel de agrimensor Si se dispone de un nivel de agrimensor y se conoce su manejo es el método más fiable que podemos emplear. Es fundamental aplicar este sistema de medición para saltos inferiores a 15 metros. En caso de no disponer de un agrimensor se sugiere emplear el método siguiente, más sencillo y barato.

NIVEL INFERIOR localización

Medida del salto con la ayuda de un nivel de carpintero

de la turbina

Nivel de carpintería En la figura adjunta se muestra el procedimiento a seguir para calcular la altura del salto con la ayuda de un simple nivel de carpintero. Esta medición es menos exacta que con un agrimensor,

Método de la esclusa

pero bastante fiable para- los fines que pretendemos. El único elemento auxiliar, además del nivel, es una escala lo suficientemente larga para realizar las mediciones sucesivas.

90 del año y optar como medida para el diseño el caudal mínimo medido. Según las caracteristicas del curso de agua, existen varios métodos para determinar el caudal.

Método del depósito

Medida del caudal Lo más frecuente es que el caudal que aporta un curso de agua sufra sensibles variaciones a lo largo del año. Según el tipo de aplicación, este hecho puede tener una influencia decisiva. Si se trata de aplicaciones mecánicas, ruedas por ejemplo, las variaciones de caudal sólo influirán en la cantidad de trabajo obtenido en cada época. Pero si el salto se emplea para la producción de electricidad y muy especialmente para mover alternadores, las variaciones de caudal en la conducción deben ser mini mas. Por todo ello, lo más práctico es el realizar varias mediciones a lo lar-

Cuando se trata de cursos de agua muy pequeños, el método a emplear es bien sencillo. Canalizamos el agua mediante una pequeña acequia o tubería que desemboque en un depósito apropiado del cual conocemos su capacidad en litros. No hay más que esperar a que se llene el depósito y medir el tiempo transcurrido en la operación. El caudal se calcula dividiendo el volumen por el tiempo transcurrido: C-VIT donde V - volumen del depósito en litros T - Tiempo en segundos

Método de la esclusa Este procedimiento se emplea para caudales superiores a los 20 litros/segundo donde dlspo-

H. rneuos 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 009 0.1 0.11 0.12 QI3 0.14 0.15 0.18 0.17 0.\1 0.19 0.20 0.21 0.12 0.23 0.24 0.25 0.26 0.27 0.28 0.29 0.30 0.31 0.32 0.33 0.34 0.35 0.38 0.37 0.38 0.39

1Icros/

•••• 1.8 5 9.3 14 20 16 33 40 48.6 56 65 74 83 93 103 113 124 135 147 158 170 183 195 708 221 235 249 283 . 277 291 308 321 338 351 387 383 399 41i 432

H .......01 0.40 0.41 0.41 0.43 0.44 0.45 0.48 0.47 0.48 0.49 0.50 0.51 0.54 0.58 0.5& 0.80 082 0.84 0.8S

o.ea 0.70 0.12 0.74 0.78 0.78 O.SO 0.'2 0.84 0.88 0.81 0.90 0.92 0.95

O,.

1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 .

ner de un depósito adecuado es muy complicado. También se utiliza en cursos rápidos y de poca profundidad donde el método del flotador se haria bastante engorroso e ineficaz. La dificultad de este método radica en que es necesario construir una represa, ya sea de obra o si es provisional para la medida, de madera. En el caso en que esta sea necesaria para la regulación del caudal, se aprovecha la obra para fijar la medida por este procedimiento. En la parte central se fijará o reservará una abertura rectangular, con la condición de que los bordes sean agudos, formando un ángulo de 45' con el plano perpendicular a la represa. A una cierta distancia, tal y como se indica en la fig.ura, situaremos una estaca graduada con el fin de medir la altura del rebose sobre la abertura. Como el lecho del curso de agua suele ser variable, el punto O de la graduación de la estaca se determinará previamente con la ayuda de un nivel de carpintero. De esta manera, conocida la anchura (W) de la abertura y la altura (h) del rebose nos vamos a las tablas adjuntas que nos darán el caudal en l/s. En este caso se han reproducido las tablas sólo para el caso en que la abertura tenga 1 m de ancho. Pero si ésta tiene una medida distinta, obtendremos el caudal mediante la expresión: C-TxW siendo: C - Caudal en l/s T - Caudal según la tabla para la altura h medida W - Ancho de la abertura en metros

litros!

•••• 448 455 482 500 517 535 553 571 5.9 808 628 884

703 741 783 813 885 907

9SO 994 1038 1082 1128 1174 1221 1288 1318 1384 1413 1483 1513 IS83 1840 1718 1774 2418 3225 4101 5011

Método del flotador

...•

En el caso en que la corriente no sea muy turbulenta y posea una cierta profundidad, el rnéto. do más sencillo es el del flotador. El principio es sencillo, consiste en calcular el área de la sección del curso de agua y medir la velocidad de éste con lo que tenemos los datos necesarios para conocer el caudal. Conviene realizar dos mediciones, con una distancia de unos 10 metros de diferencia, para obtener una respuesta más fiable. Para hallar el área de la escción nos ayudaremos, tal como se

muestra en la figura, de un nivel de carpintero, una escala y de una tabla sólida donde hemos practicado previamente 10 muescas (variable según el ancho del curso) equidistantes. Tomaremos luego las diez medidas de profundidad y obtendremos al área mediante la expresión: Area - Ancho del curso x D donde: siendo: di - medida de la profundidad en cada muesca n-en nuestro caso es 10 Esta operación la repetiremos en las dos secciones prefijadas y hallaremos la media. Es importante tener en cuenta de que las secciones deben trazarse lo más perpendicular posible al curso de agua. Una vez realizada esta medición, se marcan las dos secciones con cordeles de un extremo a otro de la corriente y se deposita un flotador a partir del primero midiendo el tiempo (T) en segundos que tarda en alcanzar el otro cordel. Repetir esta operación varias veces para obtener mayor fiabilidad, y procurar depositar el flotador en la mitad del curso de agua. Dividiendo la distancia entre las secciones por el tiempo medido obtendremos la velocidad superficial del agua. Con estos datos ya podemos calcular el caudal que vendra determinado por la siguiente fórmula: C- .8xAxV siendo: C - Caudal A - Area media V - Velocidad supodel agua Se aplica el coeficiente .8 debido a que la velocidad del agua en la orillas y el fondo del cauce es menor que en el centro. Si hemos tomado todas las medidas en metros es necesario multiplicar el resultado por 1000 para expresarlo en l/s.

STATION

Método del flotador. Secciones paralelas.

nivelar la tabla

10 rnuescas equidistantes di medida profundidad

Método del flotador Medida de la sección del curso de agua

Microcentrales

Hydrauliques

GRET 30, rue de Charonne, FRANCIA

Bibliografía La bibliografia Que presentamos consta de dos apartados. Una primera sección Que comprende las publicaciones más usuales sobre la micro-hidráulica, incluyendo la dirección del editor. En la mayoria de los casos se trata de textos bastante accesibles. En el segundo apartado de referencias bibliográficas es importante reseñar Que la mayoria de los documentos se pueden conseguir a través de organismos oficiales o internacionales o bien consultando con el listado de direcciones de centros de documentación.

En castellano:

75011 Paris

Kleine waterkrachtcentrales A. Visser TOOL publications Mauritskade 61 a 1092 AD Amsterdam HOLANDA

Micro-Hydro:

Technical.

Energía hidráulica y eólica practica

The Banki Water Turbine

Juan Ignacio y Sebastián Espronceda 8 - 1· Tafalla- NAVARRA

School of Engineering Oregon State University 219 Covell Hall Corvallis, Oregon 97331 USA

Urquia Lus

Energías alternativas renovables Francisco Jarabo - J. Fernández Secretariado de Publicaciones Universidad de La Laguna SANTA CRUZ DE TENERIFE

Programa regional SHPS OLADE (Ver centros de documentación)

Papers 1

R. Holland Intermediate Technology 9 King Street, London WC2E 8HW INGLATERRA

González

A Design Manual for Water Wheels W. G. Owens VITA 3706 Rhode Island Avenue Mt. Rainer, Maryland 20822 USA

Energy Primer Empleo de la Micro-hidráulica , en América Latina OLADE (Ver centros de documentación)

Portola Institute 558 Santa Cruz Avenue Menlo Park, California 94025 USA

Low-Cost Development Water-Power Sites

of Small

H. W. Hamm VITA 3706 Rhode Island Avenue Mt. Rainier, Maryland 20822 USA

Detailed Construction Drawings of a Cross Flow Turbine (Banki) for Heads from 4 to 40 Meters and a Power Outpout from 5 to 50 kw U. Meier Swiss Center for Appropriate Technology (SKAT) Varnbuelstrasse 14 CH - 9000 St. Gall SUIZA Manual for theDesign of a Simple Mechanical Watet-Hydraulic Speed Govemor U. Meier Swiss Center for Appropriate Technology (SKAT) Varnbuelstrasse 14 CH - 9000 St. Gall SUIZA

••••••

[ -

Design of Small Water Tuerbines for Farms and Small Communities Mohammad Durali Technology Adaptation Program Room 39-523 Massachussets Institute of Thecnology Cambridge - Massachusetts 02139 USA Small Earth Dams Lloyd Brown U.S. Dept. of Agriculture publicación n' 2867 USA The Power Guide A Catalogue of Small Scale Power Equipment Peter Fraenkel Intermediate Technology Publication 9 King Street London WC2E 8HN INGLATERRA Cloudburst , Vic Marks Cloudburst Press Box 79 - Brackendale, B.C. CANADA

Overshot and Current Water Wheels O. Monson - H. HiII Montana Agricultural Experiment Station Montana State University Bozeman - Montana 59717 USA Water Power for the Farm O. Monson - A. HiII Montana State University USA Hamesing Water Power for Home Energy Dermot McGuigan Garden Way Publishing Co. Charlotte - Vermont 05445 USA Hidroelectric Power Independent Power Developers (IPD) Route 3 - Box 174 H Sandpoint - Idaho 83864 USA A Pelton Micro-Hydro Prototype Design Al/en R. Inversin Appropriate Technology Development Unit P.O. Box 793 - Lae papua NUEVA GUINEA Development of Equipment for Hamessing Hydro Power on a Small Scale Ueli Meier Balaju Yantra Shala Pvt. Ud. P.O. Box 209 - Balaju Kathmandu NEPAL Handbook of Applied Hydraulics C. V. Davis - KE Sorenson McGraw-Hill Book Company 330 W. 42nd St. New York, NY 10036 USA

Hamessing Water Power on a Small Scale: The Example ofDevelopment Work by Balaju Yantra Shala (BYS) Nepal U. Meier Swiss Center for Appropriate Technology (SKAT) Varnbuelstrasse 14 CH - 9000 St. Gall SUIZA

Windmills and Watermills John Reynolds 111 Fourth Ave. New York, NY 10003 USA

Other Homes and Garbage J. Leckie, G. Masters, H. Whitehouse y L. Young Sierra Club Books San Francisco, California USA

Rife Rams - a Manual of Information Rife Hydraulic Engine Manufacturing Box 367, Millburn, New Jersey USA

Co.

Blake Hydrams Use of Weirs & Flumes in Stream Gaugin: Technical Note No. 117 World Meteorological Organization Publications Center P.O. Box 483 New York, N.Y. 10016 USA

Water Measurement

Manual

Bureau of Reclamation Superintendent of Documents U.S. Government Printing Office Washington, D.C. 20402 USA

Small Earth Dams: Circular 467 L.N. Brown California Agricultural Extension 90 University Hall University of California Berkeley, California 94720 USA

John Blake Ud. P.O. Box 43, Royal Works Accrington, Lancashire, BB5 5LP INGLATERRA

Hydraulic Rams, their principIes and construction J. Wright Clarke B.T. Botsford, 94 High Holborn, INGLATERRA

Londres

, Energy Supply and Econornic Developrnent in East Africa H. Amann Weltforum

Verlag - Munich

1969

Diplornarbeit: Durchstromturbine A. Arter Zurich - 1980

Referencias bibliográficas

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ATDO Islamabad

- 1980

BYS Crosss-Flow Turbine. Project Des. and Manual C. Adam Kathmandu

Study for the Electrification Handycraft Center C. Adam Kathmandu

Vorlaufige Mitteilung uber die ausgenutzten Wasserkrafte der Schweiz

1974

Versuch einer Klassification der Flüsse und Strorne der erde nach wasserwirtschaftlichen G. Brenken

1974

Agricultural Developrnent Bank Nepal. Lift Irrigation Project for the Developrnent Bhorletar Area ADB/N Kathmandu

W.E. Bossard Abteilung für Landeshydrographye Berna - 1914

of the Chialsa

1978

Karlsruhe

- 1959

Hydro-Electric Handbook w.P. Creager & J.D. Justin John Wiley & Sons - Nueva York 1927

Micro-H ydropwer. Reviewing and old Concept A/ward, R. et al. OOE Washington O.C. - 1979

Ein Beitrag zur Energieversorgung Entwicklungslandem H.G.Dillo Universidad

de Hannover

- 1980

Centros de Documentación En este apartado señalamos aquellos grupos u organizaciones cuyo ámbito de trabajo es el de las energias renovables y que especificamente tratan la micro-hidráulica. En general se trata de colectivos u organizaciones no comerciles que informan gratuitamente O a precios de publicación muy asequibles. En otros casos se trata de centros de investigación orientados al asesoramiento y promoción de las tecnologías apropiadas.

GRET Groupe de Recherche et d'Echange Technologiques 34, rue Dumont-d'Urville 75116 Paris FRANCIA

3706 Rhode Island Avenue Mt. Rainier, Maryland 20822

uSA ATDA Appropriate Technology Development Association P.O. Box 311, Gandhi Bhawan Lucknow 226001 INDIA

ADBIN Agricultural Development Bank Putali Sadak Kathmandu INDIA

Varnbüelstrasse 14 9000 St. Gall SUIZA

HELVETAS

SPATF South Pacific Appropriate Technology Found,

St. Moritz Strasse 15 8042 Zurich SUIZA

P.O. Box 6937 Boroko - Papua NUEVA GUINEA

ATDO Appropriate Technology Development Org.

THE Thecnical University of Eindhoven

1-B, 47th Street, F-7/1 Islamabad PAKISTAN

Den Dolech 2 Postbus 513 5600 MB Eindhoven DINAMARCA

DIANDESA Appropriate Technology Organisation VITA Volunters in Technical Assistance

SKAT Swiss Center for Appropriate Technology

Jalan Kaliurang km7 Juruskari, P.O. Box 19, Bulaksumur Yojjakarta INDONESIA

ETHZ Institute for Fluid-Technology Sonneggstr. 3 8092 Zurich SUIZA

DEH Directorate for Development Co-operation and Humanitarian Aid Eigerstrasse 73 3003 Berna SUIZA

GATE German Appropriate Technology Exchange

OLADE Organización Latinoamericana de Energía

Dag Hammerskj6ld-Weg 1 6236 Eschborn ALEMANIA FEDERAL

Casilla 119-a Quito ECUADOR

UMN United Mission to Nepal Thapathali Kathmandu NEPAL

NERD-Centre National Engineering Research and Development Centre

NRECA National Rural Electric Co-operative Association

Ekala Ja Ela SRI LANKA

1800 Massachusetts Avenue, NW. Washington, D.C. 20036 USA

RCTT Regional Centre for the Transfer of Technology Manickveen Mansions, 49 Palace road Bangalore 560052 INDIA

Box 115

RECAST Research Centre for Applied Science and Technology Tribhuvan University Kirtipur Campus Kathmandu NEPAL

ITINTEC Divisi贸n de Energ铆a Apartado Lima PERU

145

ITB Institute of Technology Bandung

SATA Swiss Association for Thecnical Assistance P.O.Box113 Kathmandu NEPAL

SHDB Small Hydel Development

Departament Mesin Jalan Ganesha 10 Bandung INDONESIA

ITDG Intermediate Board

Bagh Bazaar Kathmandu NEPAL

Technology Development

Group

9 King Street London WC2E 8HN INGLATERRA

ITIS Intermediate

Technology Industrial Services

3rd floor Mayson House, Railway Terrace Rugby, CV21 3HT INGLATERRA

UNIDO United Nations Development Lerchenfeldstrasse P.O. Box 707 1011 Vlena AUSTRIA

Organisation

NEA National Energy Administration Pembultan Villa, Yo se Bangkok 5 TAILANDIA

of Thailan

Manual Calculation B. Hiller Kathmandu - 1979

of Check Dams

Energy for Developing Countries J. Howe et al. Report to the Rokeleller Foundation - 1977 Hydraulics and Fluid Mechanics Jagdish Lal Metropolitan Book Co. - Nueva Deli Hydroelectric H. Kuntz GATE

Power: Rural Electrification

Electrical Low Tension Installations H.R. Lausselet Kathmandu - 1977 Hydropower

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A MacKillop

Hydrologic Studies for Hydropower Assessment J.S. Gladwell NRECA - Small Hydroelectric Power Plants Twbines: Pelton Wheel Govemors J.L. Guerrero VITA Energy Resowces: Availavility and Rational Use L. Grainger . A Digest lor the 10th World Energy Conlerenc"e Science and Technology Press - Nueva York -1978 Mean Velocity of Flow of Water in open Channels H.R. Grummann SI. Louis - 1928 The Cross-Plow Twbine L.A Haimerl Rev. «Water Power» - Enero 1960 Elektrische Energie aus kleinen Wasserkrliften K. Hamerak Rev. «Technlca» - N·5 . 1966 Exploiting Mini-Hydropower Development in Tanzania M.G. Hassanaly & R. Reichel Dar es Salaam - 1979

Stations for Rural

Wadebridge - 1975 Small and Micro Hydroelectric Power Plants R. Noyes R. Noyes Editor - New Yersey -1980 Foundation Engineering R.B. Peck et al. Wiley & Sons - Londres - 1974 Study on an Electronic Load Controller A Pittet EPFL - Lausana - 1978 The Design of Rural Energy Centres AK.N. Reddy Rev. «Rural Technology» - Bangalore -1980 Report on Study Tour on Water Resources Development in China SATAlUMN Kathmandu -1981 Small Water Turbine, Instruction Manual H. Scheurer, R. Metzler & B. Yoder GATE - Eschborn - 1980 China's Energy V.Smil

The Planning, Installation and Maintenance Low-Voltage Rural Electrification Systems VITA Water-Driven P.N. Wilson VITA

Prime Movers

The Automatic Hydraulic Ram J. Krol PROC.I.MECH.E., 1951 - vol. 164 The Hydraulic Ram N.G. Calverl Rev. THE ENGINEER - Abril, 1957 Drive Pipe of Hydraulic Ram N.G. Calverl Rev. THE ENGINEER - Diciembre, 1958 The Hydraulic Ram for Rival Water Supply F. Molyneux Rev. FLUID HANDLING - Octubre 1960 An Innovation in Water Ram Pumps for Domestic and Irrigation Use P.D. Stevens-Guille . Rev. APPROPRIATE TECHNOLOGY - Mayo 1978

GUlA DE FABRICANTES

BRIAUS.A. B.P.43 37009 Tours Cedex Francia

ALUS-CHALMERS Hydro-Turbine Division Box 712 York Pennsylvania 17405 U.S.A.

Construye turbinas con un rango de potencia entre 5 y 50 Kw. Estas son del tipo Francis o de hélice según la altura del salto. Las características de trabajo más destacadas son: Alturas: entre 2 y 20 metros Caudales: entre 200 y 4000 l/s La potencia estimada para estos sistemas se suministra con la siguiente expresión:

Esta empresa construye una gran gama de turbinas para saltos hasta los 15 metros. Son turbinas de hélice de eje horizontal, fabricando para potencias comprendidas entre los 50 y los 50.000 Kw.

P [Kw]

5.5 x Q[I/s] x A[m] / 1000

Las turbinas llevar incorporado un regulador automático de vueltas del alternador trifásico, 500 V, para 50 Ó 60 Hz.

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AB BOFORS-NOHAB s-46101 Trollhattan Suecia Fabrica turbinas de eje vertical con potencias comprendidas entre los 100 Y los 2000 Kw. Diámetros del rotar entre 7000 y 2000 mm para saltos que varian de 5 a 25 metros. El sistema se suministra completo con el alternador.

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GILBERT GILKES & GORDON LTD. Kendal Cumbria LA9 7BZ Inglaterra

LEROY - SOMMER Hydrolec 16015 Angouleme Francia

Con más de 100 es uno de los fabricantes más antigüos de turbinas. Dentro de la microhidráulica la variedad de tipos es muy amplia: Serie Hydec Turbinas Turgo de bajo costo. Variación del salto: entre 10 Y 100 m. Potencias: 10, 25 Y so kw.

Se trata de la compañia francesa que más directamente se ha embarcado en el desarrollo comercial de microcentrales. Tras una larga experiencia en centrales de alta potencia ha trasladado su experiencia a pequeñas centrales de hélice con potencias comprendidas entre 2 y 38 Kw. Rango de aplicación: Caudal: de 60 a 2.700 l/s Altura: de 1 a 25 metros

Turbinas Francis Dotadas de control de presión Potencias: 15 a 30 kw Variación de altura: de 7.5 a 60 metros Turbinas Peltan Operan con presiones comprendidas entre 2 y 10 bar. Están disponibles para potencias comprendidas entre 100 watios y 29 kw.

JAMES LEFFEL & COMPANY Springfield Ohio 45501 USA Empresa fundada en 1862. Fabrica turbinas de eje vertical y horizontal, cubriendo todos los rangos de potencia hidráulica. Existen dos lineas de fabricación: Hoppes Hydro-electric y Sampson. La primera serie suministra el equipo completo de generador y turbina. En el espacio de las aplicaciones que nos interesan resaltamos el rango de aplicaciones: Potencia: desde 0.5 a 10 Kw Altura: de 2.5 a 4 metros Caudal: de 3 a 10 m3/m

KARLST ADS MEKANISKA WERKST AD Fack. s-681 01 Kristinehamn Suecia Cubren toda la gama de turbinas de hélice. Las caracteristicas más significativas de sus turbinas son las siguientes: Diámetro del rotor: 0.7, 0.9, 1.15 Y 1.5 m Altura del salto: de 4 a 25 m Caudal: de 1 a 15 m3/s Potencia: entre 50 y 1/800 kw

INDEPENDENT

POWER

DEVELOPERS

EV ANS ENGINEERING Land & Leisure (Services) Ltd. Priory Lane - Sto Thomas Launceston PL15 8DQ Inglaterra

INC. Box 1467 Noxoton Montana 59853 USA

Esta empresa está especializada en instrumentos de control para aplicaciones en microhidráuliea. También fabrica arietes y elementos para ruedas hidráulicas. Especializada en estudios de reacondicionamiento de pequeñas centrales.

La actividad de este fabricante en energias renovables se extiende desde la hidráulica hasta los aerogeneradores. En el campo de las pequeñas turbinas trabajan básicamente dos modelos de turbina. Una Pelton para saltos con un minimo de 20 metros y con potencias comprendidas entre los 200 y los 2.000 watios. Para saltos comprendidos entre los 2 y los 20 metros dispone de turbinas de hélice. Los sistemas están diseñados para trabajar en corriente continua con el apoyo de un banco de baterías y provistos de un convertidor.

JYOTILIMITED Industrial Area P.O. Chemical Industries Baroda 390 003 India Combina la producción de pequeñas turbinas con grandes grupos. Modelos: Turbina Francis de eje vertical (5 Kw) Atura: 3-12 metros / Caudal: 205 a 73 l/s Turbina Francis de eje vertical (10 Kw) Altura: 6-12 metros / Caudal: 256 a 133 l/s Turbine Turgo de lanzadera horizontal (25 Kw) Altura: 60 y 130 metros / Caudal: 70 y 31 l/s

MACHINENFABRIK A-31S 1 StoPolten StoGeorgen Austria

ECOWATT Via Vaie 42 10050 S. Antonio Torino Italia Construye especificamente centrales de pequeña potencia (entre 50 w y 25 Kw) con regulación automática. Las Turbinas empleadas son de tipo Pelton con la particularidad de que están provistas de 6 lanzaderas. Las microcentrales se suministran con el generador eléctrico, sistema electrónico de regulación para mantener constante la tensión y la frecuencia y resistencia para recuperar la energia no utilizada en forma de agua caliente. Altura: entre 10 y 160 metros Caudal: entre 0.2 y 69 l/s

KOSSLER GmbH

Esta firma está especializada en la fabricación de turbinas Francis y Kaplan. En aplicaciones micra sus especificaciones son: 12 Kw a 20 metros y con un caudal de 70 l/s hasta 1.250 Kw a 100 metros y con un caudal de 1270 l/s Vienen provistas de alternadores con sistema de conexión a la red (400/231 V 50 Hz).

1. Carcasa 2. Guias fijas 3. Rotor 4. Cojinetes 5. Cubierta de boquilla 6. Válvula de entrada de aire 7. Desagüe

OSSBERGER - TURBINENFABRIK 0-8832 Weissenberg Postfach 425 Bayem RFA Han sido durante mucho tiempo casi los únicos y más antiguos fabricantes de turbinas tipo Michell (8anki). Las turbinas se suministran dotadas de un sistema de control de carga. En aplicaciones micra y mini la gama es arnplisirna, con un alto grado de adaptabilidad: Potencia: desde 1 a 1.000 Kw Salto: desde 3 a 240 metros Caudal: desde 30 l/s hasta 7 m3/s

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CANYON INDUSTRIES 5346 Mosquito Lake Road Deming Washington 98244 U.S.A.

SMALL HYDROELECTRIC SYSTEMS P.O. Box 124 Custer Washington 98240 U.S.A.

Han desarrollado un sistema a pequeña escala denominado «Hydrornlte». La turbina con la dinamo incorporada se conecta muy fácilmente a un tobo de PVC/ABS standard de 10 cm. Trabaja acoplado a un sistema de baterias, y sus rasgos generales son los siguientes: Alturas: 24 a 10.4 metros Caudal: entre 0.6 y 1 m3/minuto Potencia generada: de 50 a 750 watios El sistema completo sin las baterias sólo pesa 22 Kg.

Fabrican sistemas de impulsión, fundamentalmente turbinas Pelton. Potencias comprendidas entre los 5 y 25 Kw, para saltos entre 15 y 50 metros.

DREES & CO. GmbH 4760 Werl/Westf. Postfach 43 Alemania Firma especializada en la construcción y montaje de microplantas hidroeléctricas. La gama de' tipos de turbinas incluyen sistemas Kaplan, Francis espiral y Pelton.

WESTWARD MOULDINGS LTD. Greenhill Works Delaware Road Gunnislake Cornwall Inglaterra Especializados en la construcción de ruedas hidráulicas de cangilones hechos de fibra de vidrio. Poseen tres variantes de diámetros de 2.4, 4.8 Y 6 metros. Los datos generales son:

NORTHERN WATERPOWER INC P.O. Box 49 Harrisville New Hampshire 03450 USA' NIAGARA WATERWHEELS LTD 706 East Main Street Welland Ontario UB 3Y4 Canadá Suministra 6 tipos de turbinas de hélice de eje horizontal con potencias comprendidas entre 20 y 300 Kw. . La turbina trabaja con una alta velocidad especifica del rotor. El flojo se controla mediante un servomotror que actúa sobre las guias radiales. Las caracteristicas de caudal y altura son las siguientes: Caudal: entre 0.3 y 3 m3/s Altura: desde 3 a 20 metros.

ELEKTRO GMBH StoGallerstrasse 27 8400 Winterthur Suiza Dispone de varios tipos de turbinas Pelton y Francis según posibilidades'del caudal y altura. Las características generales de los modelos son las siguientes: Turbina Pelton Altura: 20-70 metros / Caudal: 0.5-2 l/s / Generador: 50 a 400 w Turbina Pelton Altura: 40-120 metros / Caudal: 1-3 l/s / Generador: 200 a 1.500 w Turbina Francis Altura: 8-20 metros / Caudal: 10-30 l/s / Generador: 500 a 2.000 w Turbina Pelton Altura: 100-200 metros / Caudal: 15-30 l/s / Generador: 10 a 25 Kw

FABRICANTES DE ARIETES

CECOCO CHUO BOEKI GOSHI KAISHA P.O. Box Ibaraki Osakafu Japón 567 . Fabrica más de 8 tipos de arietes hidráulicos con capacidades de hasta 1.200 l/m. El desnivel minimo de trabajo es de 0.5 metros hasta 200 metros.

JOHN BLAKE LTn Royal Works P.O.Box43 Clayton-Ie-Moors Accrington Lancs. BB5 5LP Inglaterra Se trata de una de las firmas con- más antigüedad y experiencia en el terreno de los arietes hidráulicos . Caracteristicas: Caudal requerido según modelos: de 7 a 410 l/m Desnivel máximo de trabajo: entre 105 Y 150 metros

Ecotopía Ediciones Colección Tecnologías

Alternativas

EL PODER DEL VIENTO Josep Puig, Conrad Meseguer, Miguel Cabre Manual práctico para conocer y aprovechar la fuerza del viento ENERGIAS LIBRES J. Corominas, B. Commoner, D. Pacino, C. Marin... Introducción a las energías alternatlvas. Viento, metano, solar, eólica, estrategias energéticas ... MEDICINAS BLANDAS - ANTIMEDICINA Varios autores Catálogo de medicinas paralelas. Descripción y análisis de las técnicas blandas más relevantes en un concepto sanitario alternativo.

Turbina Pelton de principios de siglo

LA ENERGIA VERDE- EL BIO GAS C. Marin - J. Jarabo Manual práctico sobre las técnicas energéticas derivadas de la biomasa. Biometanización. Digestores. Recuperación de residuos.

¿SABE USTED QUE LE RECETAN? Alfredo Embid El mejor antivademecum al alcance de la mano. Los efectos perjudiciales de los medicamentos comerciales. Otra forma de entender la medicación. MIEL Y PALMA Antonio Quintero - Marín Técnícas para la recuperación de una antigua tecnología. La extracción de la miel a partír de las palmeras.

Ecología y antimilitarismo DESOBEDIENCIA y DESARME - vicenc Fisas - Petra Kelly ... ASTURIAS NEGRA - José Navazo Gancedo VERTIDOS NUCLEARES- Embid y Marín

PEDIDOS A: ECOTOPIA EDICIONES APARTADO

DE CORREOS 10824

38080 SANTA CRUZ DE TENERIFE

INDICE

A Charo, Patricia y Daniel por su colaboración desinteresada: Alfonso del Val Fotocomposición y diseño: ECOTOPIA General Mola 35 - Tf. 23 05 10 Santa Cruz de Tenerife Impresión: GRAFICAS YURENA San Cristóbal Santa Cruz de Tenerife Fotomecénica: QUEIMADA Dep. Legal Tf.633.1986 I.S.B.N. 8~581:Hl9-X

Introducción El renacer de la autosuficiencia hidroeléctrica. Alfonso del Val Ruedas Hidráulicas Ataque inferior. Rueda Poncelet. Ataque superior. Turbinas de impulsión Pelton. Turgo. Banki ó ty1ichell. Detalle de dos modelos Michell. Propuesta de autoconstrucción. Turbinas de r.acción Francis. De hélice. Kaplan. Generadores para turbinas Elección del tipo de generador·

Sistemas de control Velocidad y conoexión. Ariete Hidráulico Propuesta de autoconstrucción. Medidas del caudal y la altura Diversos métodos para dimensionar correctamente una instalación hidráulica. Blblloarafí. y Doou •••• n•• olón Incluyendo direcciones y centros , Guía d. Fabrloant •• Incluyendo direcciones y características fundamentales de cada modelo.