Diseño Hidráulico y Verificación Estructural del Álabe de Microturbina Tipo Pelton

Resumen

El diseño de las pequeñas turbinas hidráulicas como las turbinas Pelton y otras turbinas de impulso se ha basado en los conocimientos técnicos existentes, en general de grandes máquinas, y las mejoras de diseño se realizaban principalmente tras extensas pruebas experimentales mediante el método de ensayo y error. En los últimos tiempos se ha realizado un gran esfuerzo para comprender mejor los detalles del complejo flujo en este tipo de máquinas, con la ayuda de la dinámica de fluidos computacional (CFD) y la modelización numérica moderna.

En el presente trabajo se realizó el diseño de un álabe de microturbina Pelton. Se diseñaron dos modelos tentativos del álabe y se seleccionó el de mejor rendimiento en base simulaciones CFD realizadas sobre dichos modelos. Estas simulaciones se contrastaron con lo que predice la teoría unidimensional de las máquinas hidráulicas.

Además, se realizó la selección del material más adecuado para este tipo de turbinas, poniendo foco en materiales que presenten altos valores de dureza y buena resistencia a la oxidación.

Se realizó la verificación estructural del modelo, incluyendo resistencia del álabe a la fatiga, llevando a cabo simulaciones fluido dinámicas dónde se estudió el impacto del jet de agua contra el álabe y estos resultados se utilizaron para verificar estructuralmente el álabe en distintas condiciones de uso de la turbina, como por ejemplo, turbina detenida y en movimiento, con los tornillos de sujeción con precarga y sin ella. Todas de estas condiciones fueron contrastadas con lo que se predijo en forma teórica.

El uso de estas técnicas puede reducir considerablemente las costosas pruebas experimentales que se realizan mediante el método de prueba y error en el campo de las pequeñas turbinas hidráulicas.