Turbinas De Rio - Soluciones Prácticas

Ficha Técnica
Turbinas
De Rio
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1. Introducción
La turbina hidrocinética, es una turbina diseñada para generar
electricidad, utilizando solamente la energía cinética de la
corriente de agua en los ríos.
El uso de la energía cinética de los ríos puede ser considerado una
de las principales formas inventadas por el hombre para
transformar las fuerzas naturales en trabajo mecánico.
Esta tecnología convencional para generar electricidad a partir de
la hidroenergía se realiza con el empleo de turbinas hidráulicas en
donde el agua es canalizada a través de diques y tuberías para
poder usar la energía potencial.
Este uso de la energía cinética es calificado como una alternativa o
forma no convencional para generar electricidad, que emplea una
fuente renovable de energía.
La mayoría de los principios de esta clase de turbinas son
derivados de las turbinas de viento porque su operación es similar.
2. Conceptos teóricos
La potencia que puede ser extraída de la energía cinética obedece
a la siguiente formula:
P= ½ *kb*A*r*v3
Donde:
A= área en metros cuadrados ( m2)
R= densidad de agua (1000 kg./ m3)
V= velocidad del agua en m/s
Kb= coeficiente de Betz = 16/27 = 0,592
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Las turbinas hidrocinéticas pueden ser clasificadas en dos tipos. El
primero es el eje vertical con su eje de rotación perpendicular al
flujo de agua. El segundo es la turbina axial con su eje de rotación
en la dirección del flujo.
Las turbinas de eje vertical son preferidas cuando es necesario
tomar ventaja de la energía cinética del flujo que puede tener su
dirección cambiada, como por ejemplo en los sistemas de marea.
Estas turbinas están diseñadas de modo que la dirección de
rotación es siempre la misma, independientemente de la dirección
del flujo.
3. Experiencia de Soluciones Prácticas-ITDG
Diseño de los alabes
Para el diseño aerodinámico de los alabes se ha aplicado la teoría
del ala utilizada en el diseño de aerogeneradores, con la salvedad
de que en este caso se trata de una máquina sometida a
eventuales esfuerzos mayores y obviamente con otro tipo de fluido
( agua). Para el cálculo del diámetro del rotor se utilizó la ecuación
de potencia de las turbinas eólicas:
P= 1/2*p*(A)*V3*Cp*n
A= (π*d2/4)
d= √ (8*P/ π*p*V3*Cp*n)
Donde:
d: Diámetro del rotor de la turbina de rio ( m)
P: Potencia de diseño del aerogenerador (W)
r: Densidad del agua ( kg/m3)
V: Velocidad del agua o río (m/s)
A: Área barrida por la turbina ( m2)
Cp: Coeficiente de potencia (adimensional)
h: Eficiencia del generador
λ= U/VD= π *N*d/60* VD
N= (60* λ* VD/ π*d)
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Donde:
N: Velocidad de giro del rotor (r.p.m)
U: Velocidad tangencial al extremo de la pala (m/s)
VD: Velocidad de diseño (m/s)
I: Celeridad
El rotor
•
•
•
•
Tres alabes fabricados en fibra de vidrio
Diámetro nominal, 1.75 m
Velocidad de giro, 45 r.p.m a 1 m/s de la velocidad del río.
Dos platos de sujeción en acero inoxidables para el montaje
de los alabes.
El generador: Con el objetivo de reducir costos y contar con una
tecnología que pueda ser fabricada localmente, en Soluciones
Prácticas-ITDG se comenzó a trabajar en el desarrollo de un
generador de imanes permanentes, los que permitieron reducir la
velocidad de generación y, obtener un bajo costo del equipo, que
al mismo tiempo pudiera ser adaptado al rotor de la turbina de rio
y finalmente proceder a su fabricación y pruebas. Los principales
componentes del sistema son: Generación de corriente alterna que
a través de un sistema de diodos rectificadores transforma el
voltaje a 12 V y potencia, 250 W a 360 r.p.m.
Árbol de transmisión
Es un tubo de acero galvanizado de 1.5 pulgadas de diámetro
nominal. Esta acoplado directamente al rotor. Este tubo va
encapsulado en otro de las mismas características con 2.5
pulgadas de diámetro nominal, que sirve de soporte y protección.
Otros
Fajas y poleas: componente intermedio entre el árbol de
transmisión y el generador, es un amplificador de velocidad.
Tablero de control: cuenta con los instrumentos de medición
básicos y los respectivos diodos rectificadores para 12 V.
Balsa flotante, de fabricación local por los propios pobladores.
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Fuentes bibliográficas:
¾ Saúl Ramírez; Rafael Escobar. 2002 Turbina de rio: una
alternativa energética para la Amazonía. Hidrored 2/2002
¾ Rudi Henri van Els; Clovis de Oliveira; Antonio Mantel Dias;
Luís F. Balduino. 2003. Turbina hidrocinética para
poblaciones aisladas. Hidrored 1/2003
Mayores informes:
Servicio de consultas técnicas
Persona de contacto: Giannina Solari
Email: [email protected]
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