Miniturbinas Hidraúlicas - Facultad de Agronomía

Miniturbinas Hidráulicas
2º Seminario de Energía/Asociación de Ingenieros Químicos del Uruguay
Ing.Agr.Michel KOOLHAAS,
M.Sc.en Ingeniería Civil.
Prof.Adj. de Topografía-Área de Ingeniería Agrícola.
Facultad de Agronomía-UDELAR.

I N T R O D U C C I O N
I N T R O D U C C I O N
Energía hidroeléctrica es energía limpia, no empeora la
calidad del agua, no hay contaminación.
Contribuyen al mejor aprovechamiento del recurso
renovable hídrico.
Puede desarrollar regiones aisladas.
Es un paliativo a la problemática de la Electrificación
Rural ⇒ altos costos a través de redes de distribución.
Fomenta las industrias locales, generan fuente de trabajo.
Aprovechamiento hidráulico debería ser de propósito
múltiple, fomentando el desarrollo sostenible de las
actividades económicas de la zona.
Riego-energía-turismo-conservación recursos.

ENFOQUE del TEMA
ENFOQUE del TEMA
1) Obra de Hidráulica Agrícola
2) Aspectos Hidromecánicos ,
Generales y Particulares –
Turbina Mitchel ⇒ TURBINA para MiniCentrales
3) Interrogantes

Potencia Instalada de
Hidroelectricas
Salto Grande 720 MW
Palmar 300 MW
Gabriel Terra 144 MW
Baygorria 108 MW
Itaipú (Brasil) 10.710 MW
Miniturbinas ≤ 500 kW
Criterio arbitrario convencional de acuerdo con la
literatura

OBRA HIDRAULICA
OBRA HIDRAULICA
Obra muy específica en cuanto a los
requerimientos, a diferencia de otras obras
energéticas(aerogeneradores) o civiles.
La elección del lugar es muy importante, por
que el principal problema es el control del
agua y en particular, el control de las
avenidas o crecientes.
Tecnologías diferentes a los grandes
emprendimientos por problemas de escala y
∆ costos unitarios.

POTENCIA DE UNA INSTALACIÓN
POTENCIA DE UNA INSTALACIÓN
Es necesario cierto caudal Q(cierta
cantidad de agua disponible) y
cierta caída o salto hidráulico
P = γ Q He / 75 (CV )
P = 9,81 x Q x He (kW)
El η de la turbina y el generador
0,8 x 0,9 ≈ 0,7
P = 9,81x η x Q x He (kW)

Esquema Hidráulico de pasada
“Central de Agua Corriente”
No detiene el flujo del río
Generalmente costo de la
presa es mas bajo.
No afecta el caudal del río
aguas abajo(cero conflicto)
Las miniturbinas idealmente
serían con este tipo de obra

Esquema Hidráulico de Almacenamiento
“Central de agua embalsada”
– Necesitan almacenar porque
el caudal de base es
limitado.
– Son obras más complejas y
caras.
– Problemas de colmatación
(sedimentos) con el tiempo.

Esquema Hidráulico en Planta
Esquema Hidráulico en Planta
Embalse regulador formado
con presa
Presa
Terraplén
Obra de desvío
Obra de Toma
Obra de excedenciasvertedero

Componentes de un Aprovechamiento
Componentes de un Aprovechamiento
Terraplén desvía el agua
Desarenador quita sólidos
del agua
Depósito o cámara de carga
Tubería de presión
Esta conduce el agua hacia
la casa de máquinas, donde
se encuentra la Turbina
hidráulica
El eje de la turbina hidráulica
puede usarse para transmitir
energía a un dispositivo
mecánico o para operar un
generador eléctrico.

¿ Por Qué < 30 kW ?
A nivel agrícola ⇒ H < 10 m para mantener costos
constructivos razonables.
Q base arroyos en el Uruguay es bajo ⇒ obra
hidráulica tipo embalse.
Como ejemplo: un usuario que debe expulsar de una
represa para riego, por razones operativas de
seguridad 2:000.000 m3 con capacidad de > 1
m3 /seg. en 5 m de He, desperdicia más de 30 kW
de potencia instalada, con una duración de 555
horas ( ≈ 60 días con 9 hs/día).

Gráfica ilustrativa del tamaño de los
embalses agrícolas para riego
Hay una gran concentración de embalses de< 4:000.000 m3 y
muy pocos de más 5:000.000 m3 (Ejemplo arbitrario)
Fuente: Libro Embalses Agrícolas Diseño y Construcción del autor. Edit.Hemisferio Sur.

Turbinas Convencionales
Turbinas Convencionales
La selección de la mejor turbina
depende de una serie de
características, He y Preq, cargas
parciales,etc.
Estas turbinas requieren
especialización para su
construcción.
Desde el punto de vista
tecnológico es una limitante

Miniturbina tipo Francis < 50 kVA
1 Impulsor tipo Francis
2y3 Estructura de Montaje Turbina
4 Tubería de aducción
5 Cono de succión en posición
vertical u horizontal de acuerdo con
el lugar del emplazamiento.
6 Regulador de caudal para
mantener giro constante de la
turbina, controlado por 7
electrónicamente.
8 Alternador trifásico 380V, admite
hasta un 45% de sobregiro en 50Hz
Briaux (Francia)

Rango de Turbinas según Alturas
Rango de Turbinas según Alturas
La figura muestra un rango de
alturas de operación.
Un sitio en particular puede llevar
varios tipos de turbinas.
Cada proyectista tiene sus criterios
y preferencias, de acuerdo con su
experiencia.
Potencia de diseño
Altura del sitio
Eficiencia a cargas parciales

Selección de Turbina
Selección de Turbina
Para bajas alturas de carga
H y bajos caudales Q de
agua, la selección de
Turbina oscila entre la
Kaplan y Banki.

Turbina Mitchel - Banki
Patente original de Mitchel 1903, y
analizada extensamente por Banki
1912-1918.-
Es una turbina muy importante en
pequeños aprovechamientos
hidroeléctricos.
Tiene un diseño sencillo y una fácil
construcción, no es necesario alta
tecnología, perfectamente construible
en nuestras condiciones.
Es la máquina típica de pequeña
escala.
Sistema Ossberger (Alemania)

Características principales
Características principales
Fácil construcción(Turbina
especial)-Flujo Transversal.-
Velocidad de giro seleccionable
en amplio rango.
Diámetro no depende del
caudal. Oscila entre 0,2-0,5 m.
Buen nivel de rendimiento a
bajos caudales
El rendimiento hidráulico oscila
entre un 70% y 84%, para un
diseño primario η = 0,70.-
Curva de rendimientos muy
aplanada.

Otros Detalles de la Turbina Mitchel
Rotor de la turbina compuesto de
dos discos paralelos a los cuales van
unidos los alábes curvados en forma
de sección circular.
El inyector es de sección transversal
rectangular, guía el agua para que
entre al rotor con un determinado
ángulo.

Turbina de Flujo Transversal
Turbina de Flujo Transversal
El diseño de la turbina
admite caudales parciales
en 1/3, 2/3 o el Total del
Rodete.
Esta clase de admisión
permite obtener un
rendimiento muy parejo
⇒ curva aplanada
Por ello es apropiada para
pequeños ríos, con
caudales muy variables.

Interrogantes
→ Viabilidad Económica⇒ Necesidad de
Fomentar Industria metalúrgica nacional/local
→ Legislación de AGUAS actualizada. Legislación
de Aguas actual tiene problemas con el
Ordenamiento de Aguas y el Drenaje
SIN RESOLVER!

CONCLUSION
Las miniturbinas hidroeléctricas son una opción
energética a tener en cuenta.
Deberíamos crear mecanismos de incentivo,
para construir estos aprovechamientos a nivel de
predio / o más de uno.(Multipredial)
Tenemos recursos hídricos suficientes que
deberían aprovecharse integralmente en obras
hidráulicas de uso múltiple.
RIEGO ENERGIA
TURISMO