Resumen de Análisis comparativo de las metodologías de dimensionamiento de cangilones para turbinas Pelton en sistemas de micro-generación

Jorge Mario Ceballos Zuluaga, Cesar Augusto Isaza Merino, Iván D. Patiño Arcila, Andrés David Morales Rojas

• español

  La micro-generación eléctrica es una alternativa usada en zonas de difícil acceso y que no están conectadas al sistema eléctrico nacional. Para resolver esta limitación, se utilizan diferentes tecnologías de aprovechamiento de las energías renovables, dentro de las que se destacan las turbinas tipo Pelton, las cuales se distinguen por requerir grandes saltos de agua y pequeños caudales. Para el desarrollo e implementación de esta tecnología de generación eléctrica, existen algunas metodologías de dimensionamiento entre las que se destacan: el uso de curvas paramétricas para el diseño del cangilón, dinámica de fluidos computacional para el diseño general de la turbina y del cangilón, y otras metodologías más tradicionales que utilizan métodos gráficos para el diseño del cangilón; todas éstas con algunas deficiencias que no permiten un desempeño óptimo bajo una condición específica de operación. En este trabajo se comparan tres metodologías tradicionales para el diseño del cangilón de las turbinas tipo Pelton (OLADE, Nechleba y Thake), esto con el fin de seleccionar la más adecuada para una condición especifica. Por lo tanto, se hace un análisis del comportamiento dinámico por medio de un análisis modal, y del comportamiento estático estructural en el software de elementos finitos ANSYS. De los resultados obtenidos, todos los cangilones cumplen con dos de los tres criterios de selección pre-establecidos, se destaca la metodología de Thake al tener los mejores resultados en la relación de resistencia - peso.

• English

  Micro-generation of electricity is an alternative used in areas that are difficult to access and are not connected to the national electricity system. To resolve this limitation, different technologies are used to take advantage of renewable energies, among which the Pelton type turbines stand out, which are distinguished by requiring large waterfalls and small flow rates. For the development and implementation of this electricity generation technology, there are some sizing methodologies, among which the following stand out: the use of parametric curves for the design of the bucket, computational fluid dynamics for the general design of the turbine and the bucket, and other more traditional methodologies that use graphical methods for the design of the bucket; all of these with some deficiencies that do not allow optimal performance under a specific operating condition. This work compares three traditional methodologies for the design of the bucket of Pelton type turbines (OLADE, Nechleba and Thake), this to select the most suitable for a specific condition. Therefore, an analysis of the dynamic behavior is made by means of a modal analysis, and of the structural static behavior in the finite element software ANSYS. From the results obtained, all the buckets meet two of the three pre-established selection criteria; Thake's methodology stands out as having the best results in the resistance-weight relationship.