Microturbinas de generación hidroeléctrica

En Argentina Existen diversas áreas rurales que presentan inconvenientes en el suministro eléctrico por medio de líneas convencionales de distribución, ya que éstas tienen un alto costo por conexión para una baja densidad de población. Esto implica que muchos habitantes del país no gocen de los beneficios de la electricidad.

La producción de electricidad en las zonas rurales marginales aprovechando la energía disponible en un curso de agua mediante la utilización de miniturbinas hidráulicas puede resolver este problema en las zonas del país donde se dispone de arroyos con saltos y condiciones naturales adecuadas para su instalación.
Sin embargo su uso es todavía incipiente en estas tierras.

Como ejemplo de desarrollo en Argentina, en los años ochenta, mediante la implementación de un programa oficial de desarrollo entre el Gobierno de la provincia y la Universidad Nacional de Misiones, se construyeron siete proyectos hidráulicos en pequeñas localidades rurales para abastecer de electricidad a viviendas próximas a los recursos hídricos. El proyecto de mayor potencia instalada fue de 62 kVA, mientras que el de mayor número de usuarios fue de 50 familias.

Consideraciones para sistemas mini-hidráulicos

La realización de una micro-instalación hidroeléctrica depende mucho del tamaño (expresado en términos de potencia) de la instalación misma. Para una evaluación previa de cálculos técnicos que indiquen una probable factibilidad de un proyecto de este tipo se deben considerar la elección del lugar y estudio de parámetros, basándose en:

• la disponibilidad de terrenos (control de las propiedades o de vínculos);
• la accesibilidad del lugar (cuanto mayor es la accesibilidad al curso de agua, menor será el impacto sobre el mismo provocado por las posibles intervenciones);
• la evaluación del salto hidráulico;
• la evaluación del caudal.

En el caso de potencias más grandes (mayores de 10 kW), para tener un cuadro de la potencialidad de la instalación hace falta realizar un estudio hidrológico específico. Luego se realiza el cálculo de la potencia teórica y la potencia mecánica efectiva (debido a que la turbina tiene su propia eficiencia para estos tamaños comprendida entre el 50% y el 70%) y la potencia eléctrica, considerando un rendimiento del generador eléctrico de aproximadamente 85 %.

La turbina Michell-Banki (1) es una máquina clasificada como una turbina de acción, entrada radial y flujo transversal.

Utilizada principalmente para pequeños aprovechamientos hidroeléctricos debido a su sencillo diseño y su fácil construcción, lo que la hace atractiva en el balance económico de un aprovechamiento a pequeña escala. No obstante, la turbina se utiliza en grandes instalaciones y actualmente existen máquinas de este tipo de hasta 6 MW de potencia.

Las principales características de esta máquina son las siguientes:

• La velocidad de giro puede ser seleccionada en un amplio rango.
• Puede operar en amplios rangos de caudal y altura sin variar apreciablemente su eficiencia.
• El diámetro de la turbina no depende necesariamente del caudal.
• Se alcanza un aceptable nivel de rendimiento con pequeñas turbinas en amplio rango de uso.
• Se puede regular el caudal y la potencia por medio de un álabe ajustable.
• Su construcción es sencilla, pudiendo ser fabricada en pequeños talleres.

La turbina de flujo transversal es especialmente apropiada para ríos con pequeñoscaudales, que generalmente llevan durante varios meses poca agua. Por lo tanto en el diseño debe considerarse el mínimo caudal que será el parcial y para épocas de abundancia de agua, se considerará el caudal total que será utilizado para usos productivos.

La turbina Michell-Banki

La turbina consta de dos elementos principales: un inyector y un rotor. El rotor está compuesto por dos discos paralelos a los cuales van unidos los álabes curvados en forma de arco circular. El inyector posee una sección transversal rectangular que va unida a la tubería de aducción por una transición rectangular- circular. Este inyector es el que dirige el agua hacia el rotor a través de una sección que abarca una determinada cantidad de álabes del mismo, y que guía el agua para que entre al rotor con un ángulo determinado, obteniendo el mayor aprovechamiento de la energía.

La energía del agua es transferida al rotor en dos etapas, lo que también da a esta máquina el nombre de turbina de doble efecto, y de las cuales la primera entrega un promedio del 70% de la energía total transferida y la segunda alrededor del 30% restante. Finalmente, el agua es restituida mediante una descarga a presión atmosférica. Los ensayos realizados por distintos investigadores sitúan el rendimiento hidráulico de esta máquina entre un 65-70%, otros autores mencionan un rango de 70% hasta un 84%.

La selección del número de álabes se realiza en base al diámetro y las condiciones de funcionamiento de la turbina, es decir, altura y caudal.

Experiencia en Córdoba

En Córdoba, la población rural es el 11,3 % del total y el 6% se encuentra en zonas aisladas. Aproximadamente el 30% de la
población rural no está conectada al sistema de distribución eléctrica.

Este es el contexto en el cual se realizó el proyecto y construcción de una tubina Michell-Banki efectuado completamente en la provincia, con el fin de establecer el grado de complejidad involucrada para ser considerada una opción para pequeñas localidades de la zona.

El diseño consideró los siguientes parámetros de caudal y salto en función de la ubicación y el flujo que se tiene disponible en el lugar de implantación de la máquina:

• Salto efectivo: 25,00 metros
• Caudal: 0,120 m³/s

De acuerdo con estos condicionantes de diseño se definieron los elementos de una máquina de potencia 30kVA. Una máquina de estas características podrá servir sin problemas a unas 20 casas.

Luego de finalizado el diseño mecánico se efectuaron los planos constructivos de los distintos subconjuntos. Finalizados los trabajos de gabinete se comenzó con la construcción de los distintos elementos de la turbina. Finalmente, antes de instalar la máquina en el sitio se está ensayando en el laboratorio de Hidráulica de la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales de la Universidad Nacional de Córdoba.

Los resultados han demostrado que estas turbinas son sencillas, con bajos costos de fabricación, instalación y mantenimiento. Además se analizaron distintos sitios para su instalación tanto desde el punto de vista hidráulico como de las poblaciones a las cuales suministrarían energía.

La necesidad de encontrar soluciones energéticas descentralizadas de bajo costo e impacto ambiental, que contribuyeran al desarrollo de localidades aisladas, hace de las turbinas de flujo cruzado, de fácil construcción, mantenimiento e instalación, que presentan también diversos adelantos técnicos, una opción cada vez más utilizada en diversos países, con satisfacción de los usuarios.

Referencias

(1) La turbina Michell-Banki oTurbina Ossberger, o también turbina de flujo transversal o de flujo cruzado, fue desarrollada por el australiano Anthony Michell (patentada en 1903), el húngaro Donát Bánki y el alemán Fritz Ossberger. La firma Ossberger (cuya patente data de 1933) es el principal fabricante mundial de este tipo de turbinas.

Por: Teresa Reyna, S. Reyna, M. Lábaque, C. Riha, E. Giménez
Fuente: Hydria

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