Aspirador. 18ª Parte

El aspirador o ducto de descarga al socaz tiene una importancia vital en las turbinas Francis y Kaplan ( mayor importancia a mayor Ns).

Hay turbinas Kaplan que llegan a recuperar el 45% de la potencia en el aspirador.

La forma y dimensiones se pueden encontrar en multitud de tratados de hidráulica; la dificultad estriba en fabricarlos sin escalones, cambios bruscos de sección, es decir, han de presentar secciones coherentes para que el agua fluya de velocidad máxima a mínima progresivamente, sin escalones.

El aspirador clásico es el cónico con un ángulo de 6/8º, este aspirador tiene un límite, la profundidad de excavación. Por esta razón se diseñó el aspirador acodado. No es más que un aspirador cónico con una restricción a 90º para evitar las turbulencias y el despegue del flujo de las paredes. Estos aspiradores suelen tener una longitud entre 4,5/5,0 veces el diámetro de salida de la turbina.

La velocidad de salida estrá comprendida entre 1.0/2.5 m/s

En turbinas Pelton no aplica ya que son turbinas atmosféricas, pero en ellas debe cuidarse el sistema de "destrucción de energia residual" para no deteriorar el socaz.

También se debe dimensionar bien la altura entre el rodete y "aguas abajo" para no crear rebotes de caudal que afecten a la marcha del rodete, generalmente se situa a 1,0/1,5 diámetros.

Continuará ..................................

Gear-box o caja multiplicadora. 17ª parte

Hasta los años 1.950/60 este elemento era casi desconocido, en su lugar se usaban poleas y correas que permitían elevar la velocidad "baja" de la turbina a velocidades algo "mayores" para así obtener velocidades sincronas en el alternador (abaratando su coste).

Este sistema funcionaba bien, simpre y cuando el torque o par a transmitir fuese bajo, a medida que el torque aumentaba la correa de cuero empezaba deslizar sobre la polea.

Frente a este problema se creó una solución: La correa sintética. Esta permitía transmitir un torque muy superior sin deslizar, alcanzando incluso los 1.000 kw de potencia.

La crisis energética de 1.970/80, llevó a plantearse los aprovechamientos hidráulicos de baja cabeza (entre 2 y 6 metros) con grandes aportaciones de caudal.

Esta nueva situación creó un nuevo problema, un aumento enorme del torque a transmitir, es decir potencias altas del orden de 4 y 5 MW a velocidades inferiores a 100 r/m, lo que implicaba alternadores enormes (de diámetro de 6 metros) de un coste tal que no hacían factible la inversión.

La solución al problema fue el gear-box o caja multiplicadora.

Ventajas:

• No desliza, es un sistema mecánico geometricamente rígido.
• Permite aumentar la velocidad entre 8/10 escalones.
• Disminuye el coste del alternador.
• Posibilita inversiones en baja cabeza y gran caudal.

Desventajas:

• Al no deslizar exige de un sistema electrónico muy perfecto para la conexión a la RED. Por su naturaleza mecánica no puede deslizar como los generadores.
• No se pueden superar los 5.000 kw, ni índices de velocidad superiores a 8/10
• Hay perdidas de rendimiento entre un 5% y 10%
• Si el gear-box no esta fabricado en alta calidad de materiales, tratamientos térmicos, rectificados, recubrimientos altos, etc. suele empezar siendo un "generador de ruidos" y acabar siendo un "generador de graves problemas".
• La multiplicadora necesita de una monitorización exhaustiva de todos sus parámetros: caudales, temperaturas, niveles, presiones, vibraciones, etc. normalmente suelen ser mas de 20 parámetros a controlar.
• Obliga a una mayor altura de la casa de máquinas.

Igual como hemos expuesto en los generadores, se debe realizar una muy buena y detallada especificación.

Continuará ............................

Generador. Parte 16ª

Junto con las turbinas hidráulicas los generadores son las máquinas de mayor rendimiento, son capaces de superar facilmente las 1ª el 92% y las 2ª el 97%

Son máquinas robustas, fiables y de muy bajo mantenimiento.

Técnicamente muy estudiadas y con un alto desarrollo técnico.

Los problemas en los generadores estan asociados a:

• Mala definición de la especificación de compra.
• Errores de diseño.
• Disminución del coste de compra en detrimento de alguna característica.

Veamos algunos de ellos, por las especificaciones:

• Error en la definición de la altitud
• Error en la temperatuta ambiente
• Sentido de giro equivocado
• Potencia mal cálcula o disminuida
• Tensión
• Frecuencia
• r/m (nominal) y r/m (embalamiento)
• Mala definición del tiempo de embalamiento)
• Mala definición de las cargas y esfuerzos.

El fabricante del generador diseñará la máquina eléctrica en función de los datos que se suministren, ya que desconoce cual es el estudio y los datos de partida que se usarón para definir dichos parámetros.

Por el diseño y/o construcción:

• Cojinetes o baleros al limite de carga, velocidad o refrigeración.
• Mala planitud en el plato de unión.
• Nº de taladros de la brida, posición de los taladros y/o diametro de los taladros incorrecta.
• Aislamiento deficiente.
• Partes y piezas sueltas.
• Almacenamiento en locales con condiciones de humedad y/o suciedad deficientes.
• Transporte defectuoso, por posición, protección, golpes, etc
• Mal montaje

Muchos de estos errores se pueden detectar en los ensayos en el banco de pruebas.

Otros conceptos a tener en cuenta:

• El fabricante del alternador "habla" en kVA y el turbinista en kW, para hacer la conversión divide por coseno fi. kVA = kW / cos fi.
• Los generadores con grandes cargas, para el momento del arranque necesitan de "medios oleohidraulicos" para poder despegar las dos caras del cojinete axial.
• Puede ser necesario instalar un sistema de "frenado" normalmente neumático, para disminuir el tiempo de parada.

Continuará ..........................

Válvula de guarda y seguridad. Parte 15ª

Como indica su nombre es el recurso que dispone la instalación cuando falla todo, situación poco posible pero que en intervalo de tiempo de 24 h x 365 días x 20 años = 175.200 horas puede producirse. Compara lo con la vida de un auto, aproximadamente 6 meses de marcha continua.

En algunos países la legislación exige dos órganos de guarda; compuerta y compuerta, compuerta y válvula, etc.

La gran ventaja de estos elementos es que no introducen perdida de Salto neto, ya que K es del orden de 0.07 e incluso menores. Otra ventaja de estos elementos es la "seguridad positiva", es decir, actúan al cierre sin necesidad de corriente eléctrica.

El diseño debe ser confiable a largo plazo, para lo cual, deben de estar diseñados bajo criterios de normas (DIN, ASME, AUWA, etc) y ser de muy bajo mantenimiento, ya que su inspección y/o reparación implica el cierre de la producción.

Estos elementos normalmente van asociados al fabricante de la turbina, ya que le pueden afectar contactualmente a su suministro.

El cálculo estructural, hoy en día; se realiza mediante Elementos Finitos y las K se ensayan en laboratorio o se simulan en programas C.F.D.

Uno de los problemas de estos elementos es que cierran el caudal en el último 20% del cierre. Para evitar continuos golpes de ariente en cada maniobra de cierre, las válvulas cierran con un retardo de de 10 ó 20 veces superiores al cierre del distribuidor Flink (en Kaplan y Francis) y frente al inyector de las Pelton.

Este fenomeno no ocurre con el distribuidor ya que este tiene un cierre "cuasi" proporcional y progresivo.

La maniobra normal sería: el distribuidor va cerrando, la potencia va disminuyendo y llegados a la potencia mínima o potencia de inversión, la turbina se desconecta y el distribuidor acaba cerrado (esta maniobra ocurre entre 6 y 10 seg) una vez el distribuidor cerrado, empieza el proceso de cierre de la compuerta o de la válvula, esta maniobra puede durar entre 2 y 5 minutos.

Veamos que ocurre en un incidente: turbina a potencia máxima, desconexión de la RED, caida de la potencia instantameamente, el distribuidor "por alguna causa" permanece abierto, el caudal aumenta, la válvula empieza a cerrar pasados de 2 a 5 seg. si la válvula está bien diseñada, el contrapeso podrá vencer los torques de fricción y el par dinámico generado por el aumento de caudal.

Si la vávula está mal cálculada puede quedarse en posición intermedia, posición donde la fricción iguale al contrapeso.

CONTINUARA ........................................