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HidráulicaEl Poderdel Agua

Manual práctico sobre energía hidráulicaa pequeña escala

Molinos. Turbinas. Fabricantes. Contactos

Cipriano Marin

El renacer de laautosuficienciahidroeléctrica

Los primeros aprovechamientos de energia hi-dráulica se localizan en Oriente en épocas bas-tante remotas. Las referencias más antiguas demolinos de eje vertical se sitúan en el Nepal haceunos 2000 años. Posteriormente encontramosmolinos basados en principios similares en Israely en la isla de Creta, donde aún hoy podemoscontemplar máquinas con estructuras de piedrabasadas en una tecnologia que prácticamente nohabia variado en 1500 años.

Durante muchos siglos, el uso del potencialenergético de los cursos de agua se centra en lamolienda del grano y en algunas actividades me-cánicas. A lo largo de la Edad Media, los peque-ños cursos de agua en Europa estaban ya salpi-cados por numerosísimos molinos, e incluso, sedió la curiosa situación de que los saltos hidráuli-cos fueron empleados como arma contra otraenergía renovable. Cientos de molinos de vientofueron abolidos por los señores feudales en unintento de monopolizar y controlar de una maneramás eficaz las tareas de molienda.

En siglos sucesivos los aprovechamientos hi-. dráulicos siguen proliferando sin variaciones téc-

nicas muy significativas. Desde principios del si-glo XIX se produce un gran cambio con los dise-ños mecánicos de grandes ruedas hidráulicas. EnInglaterra se llegan a construir ruedas capacesde suministrar una potencia de hasta 190 Kw. Es-tas ruedas llegaron a tener diámetros de hasta 21

por Alfonso del Val - C. Marin

/

Molino tradicional de eje vertical. Isla de Creta.

metros y algunas estuvieron trabajando ininte-rrumpidamente durante más de 90 años.

Es en el último tercio del siglo XIX cuando sur-gen las primeras instalaciones hidroeléctricasque suponen un salto cualitativo fundamental enel uso de esta fuente de energia. Inicialmente latransformación consistió en, adaptar las dinamosmediante poleas y engranajes a los tradicionalesmolinos, la mayor parte entonces dotados conturbinas de madera. Condicionado por las pro-pias características de la corriente producida ypor las limitaciones de potencia de estas dina-mos, el uso de la hidroelectricidad se circunscri-bia a aplicaciones muy aisladas. Tendremos queesperar a finales de siqlo y principios del XX, conla aparición de alternadores y el surgimiento denuevos sistemas de turbinas más eficaces, paraasistir a un uso más generalizado de la electrici-dad de origen hidráulico.

En las primeras décadas del siglo asistimos aun desarrollo muy fuerte de pequeños saltos hi-droeléctricos en la mayor parte de los valles de laPenínsula Ibérica. Ya no se trata sólo de adapta-ciones de los antiguos molinos, comienzan aconstruirse embalses de una cierta capacidadpara poder regular el agua a turbinar. Sin embar-go, a medida' que se desarrollan los saltos hi-droeléctricos de cierta potencia, siguen prolife-rando las pequeñas máquinas, batanes y molinosque no dejan de utilizarse. En las tres primerasdécadas el desarrollo es tan fuerte que en algu-nos valles se produce exceso de..energía, y exis-ten documentos curiosos que nos muestran lasquejas en aquella época de algunos propietariosde turbinas que se dirigen a las delegaciones deindustria para que éstas traten de regular el exce-SO de competencia en el suministro de energía, loque ponia en peligro sus inversiones.

Pero en los años treinta y ya decididamentecon la posguerra se produce un nuevo cambioespectacular en la descentralizada estructura hi-droeléctrica del país. La Dictadura paga los favo-res a los grandes inversores que formarán la aris-tocracia eléctrica de los años siguientes forman-do un auténtico monopolio energético. España

estaba por entonces aislada internacionalmente ycarecia de recursos propios en combustibles fó-siles, como consecuencia se dasarrolla la hidroe-lectricidad en base a grandes embalses. Este in-tento centralizador necesitaba para alcanzar susfines una cierta garantia de consumo de la electri-cidad producida, y es entonces cuando se diseñaun plan sistemático de destrucción de los milesde pequeños saltos hidroeléctricos que salpica-ban la geografia española. En esta desigual bata-lla se utilizan todo tipo de argumentos, desde lospretendidamente legales, con las crecientes tra-bas estatales a los pequeños productores, hastalos abiertamente fraudulentos. El caso más fre-cuente es aquel en que la gran compañia eléctri-ca arropada con un poder y una oferta muy supe-riores ofrece al pequeño propietario la compra deSUcentral a cambio de un suministro gratuito depor vida, o bien un precio por el cierre. Comocontrapartida la compañia solia exigir un docu-mento ante notario, existen multitud de ellos,enlos que se compromete el propietario a no produ-cir kilowatios para vender, en el mejor de los ca-sos se le permite que la pequeña central produz-ca sólo para un estricto autoconsumo.

Como consecuencia de esta estrategia se creauna imagen impopular de la pequeña centralcomo una energia variable, insegura y poco inte-resante. Estamos, además, en el inicio del desa-rrollismo en el que la idea de lo grande represen-taba el progreso.· Las pequeñas centrales porconsiguiente se van abandonanado e incluso aúnhoy se puede comprobar que algunas de ellas seconservan bastante bien si pensamos en los añostranscurridos. En la actualidad sobreviven algu-nOS pocos ejemplos de esta autonomia hidroe-léctrica en pueblos donde han ido tirando comohan podidido, sin ningún tipo de ayuda, con supequeña central. Como ejemplo se puede citar Uncaso insólito de hace algunos años en Navarra,administración rica que concede créditos y sub-venciones a autopistas y empresas ruinosas quequiebran como la Seat, donde se negó un créditode menos de cuatrocientas mil pesetas a la due-ña de una hidroeléctrica que abastecia a cincopequeños núcleos de población que quedaron

sin electricidad por el derrumbe de la pared delcanal de aporte de caudal a la turbina.

LQsaños cincuenta y sesenta recogen un creci-miento máximo en la construcción de grandes hi-droeléctricas hasta el punto en que casi el 40%de los rios españoles están regulados. Sin em-bargo, a finales de los sesenta, con el desblo-queo internacional y los precios baratos del fuel-oil, las grandes eléctricas se orientan a las térmi-cas. El Estado se vuelca decididamente en el kilo-watio térmico con criterios tan oscuros como elllegar a subvencionar en un 90% el fuel-oil paralas eléctricas. Se produce pues, un nuevo vuelcoen la estrategia energética al frenar la hidroelec-tricidad y culminar la obra de destrucción de laspequeñas centrales.

Tras la famosa crisis energética del 73, se pro-duce un fenómeno al menos curioso, en el quepaises como Canadá, Suiza y Suecia dan un saltocualitativo de gran importancia en el desarrollotecnológico de minicientrales hidráulicas, mien-tras que en España esta tendencia no sólo no en-cuentra hueco sino Que a lo más que se llega esa diseñar un gigantesco programa nuclear. La sa-cralización estatal de la electricidad nuclear tiene

Antiguo molino de eje vertical. Nepal.

como consecuencia directa el abandono o infrau-tllización de la gran hidráulica, derivando billonesde pesetas a la irresponsabilidad y el fraude delas centrales atómicas.

De todos es conocido el posterior parón delprograma nuclear. Ello por tres razones: por laevidente inseguridad, por la escasez de dineropara su financiación y lo que es aún más grave,por el retroceso de la demanda eléctrica que dejaen ridiculo la base de los absurdos y contradicto-rios Planes Energéticos y pone al descubierto lafalta de escrúpulos de la oligarquía eléctrica COnel tema nuclear. Paralelamente a esta políticadescabellada de la nuclearización surge en nues-tro país un nuevo interés por las energías renova-bles y especialmente por la hidráulica.

Sin tratar mínimamente de disimular o justificarlos errores del pasado, comienza una nueva res-tructuración en el panorama energético. Empre-sas como Iberduero que hubieran quebrado enun sistema libre de mercado con el fracaso estre-

Ipitoso de su sueño nuclear, son reflotadas por elgobierno PSOE a base de obligarlas a intercam-biar activos. De una manera vergonzosa comien-zan a desempolvarse planes de aprovechamien-tos hidráulicos que estas empresas ocultaron de-liberadamente en las previsiones de los PlanesEnergéticos Nacionales, íncluso con diseños yespecificaciones técnicas bastante avanzadas;Iberduero tenia en experimentación turbinas tipobulbo. Por lo que asistimos en la actualidad a unredescubrimiento de lo evidente: la gran hidroe-léctrica estaba infrautilizada, que existían reser-vas muy superiores a las de los Planes Energéti-cos. Téngase en cuenta que el Plan Energéticodel 77-78 cifraba en un techo de 40.000 Gwh laproducción hidroeléctrica y ya el año en que seestaba redactando había sido superada esta can-tidad. El propio Ministerio de Obras Públicas esti-maba en 77.000 Gwh las reservas, y según estu-dios recientes el techo se aproxima más a los100.000 Gwh. Cifras éstas que de haberse mane-jado con honestidad hubieran hecho inútil el ge-nocida programa nuclear.

Pero ¿que pasa con la mini-hidráulica? Existenrazones objetivas para exigir su reutilización. Masde 1000 pequeñas centrales esperan que el esta-do desbloquee su desarrollo, son emplazamien-tos que se van desmoronando y que cada vez se-rán más costosos de rahabilitar. Estas pequeñascentrales representan hoy un potencial de más de100.000 Kw, el equivalente de una central nuclearpequeña como las de Zorita o Santa María de Ga-roña.

El aprovechamiento de los pequeños saltos hi-droeléctricos no solamente hay que analizarlocomo una posibilidad de aumentar la potenciaeléctrica instalada, debemos tener en cuenta elfactor de calidad de esta energia. A diferencia delas nucleares y grandes térmicas, las centrales hi-droeléctricas en general pueden suministrar ener-gía en el momento justo en que sea requerida.Son ídóneas para cubrir la demanda en horaspunta. Pensemos, además, que en un mismo cur-SO de agua pueden instalarse muchas pequeñascentrales; la gran dispersión y descentralizaciónpermite un acercamiento mayor a los núcleos deconsumo. Estos dos factores son importantes sicontamos con que en la actualidad se pierden mi-llones de kilowatios/hora en concepto de trans-porte de electricidad a grandes distancias y comoconsecuencia de bruscas bajadas en la demanda(estas pérdidas pueden llegar a ser del 12%anual en concepto de transporte). Las nuclearesy los grandes grupos térmicos tienen una flexibili-dad para variar su producción prácticamentenula, los tiempos de respuesta a las variacionesson muy largos.

Otra ventaja inestimable para la mini y la mi-cro-hidráulica es su reducido impacto ambiental,requieren relativamente poca obra civil y el efectoregulador sobre los pequeños rios puede ser in-cluso beneficioso. Es desde luego una energíalimpia y renovable, habrá hidroelectricidad mien-tras llueva.

Pero también se trata de la energia más barataactualmente disponible. En el caso específico dela pequeña hidráulica, la duración de las máqui-nas es varias veces superior en relación a cual-quier otra técnica energética convencional, sien-do los costes de instalación bastante inferiores.Se trata además de una tecnología apropiada,poco sofisticada, cuya gestión puede ser realiza-da en cualquier lugar con un mínimo de infraes-tructura.

Ante evídenclas de este tipo y, sobre todo, porla presión ejercida por las grandes movilizacio-nes contra los Planes Energéticos, surge a princi-píos de los ochenta un timido intento de protec-ción y desarrollo de las energías renovables,

plasmado en la Ley de Conservación de la Ener-gía. Si bien la ley suponia un paso adelante reco-nociendo la importancia de la mini-hidráulica, suconcreción en la práctica era harina de otro cos-tal. El hecho real es que con el Reglamento quecontiene la ley y con las disposiciones que hansalido con posterioridad, volvemos a estar en elmismo punto de partida. La politíca de preciospor electricidad suministrada a la red, las garan-tías de suministro y el fárrago administrativo si-guen haciendo poco atractiva la construcción orehabílitación de pequeñas centrales. En realidadla ley sólo ha permitido el desarrollo de algunasinstalaciones aisladas, sin conexión a la red en lamayoría de los casos, lo que limita mucho su ren-tabilidad al no poder ceder los excedentes.

Sin embargo, el fuerte desarrollo que ha tenidola mini y micro-hidráulíca en otros paises cerca-nos ha propiciado la introducción de nuevas rná-quínas que se están instalando mayoritariamenteen el norte de la Península. Por el contrario, esta-mos a punto de perder a los pocos fabricantesque aún quedan de pequeñas y medianas turbi-nas. Gentes que tienen pequeños talleres, conescasos medios, pero que conocen perfectamen-

I

te la técnica, los ríos y los lugares idóneos de ins-talación. Esto es muy importante, ya que se debeimpedir que este saber acumulado al margen delas dísposiciones del Estado, se pierda de unamanera irreversible. Perder ahora estos conoci-mientos para empezar de cero en los próximosaños seria una muestra bastante absurda de lainutilidad administrativa para intentar conservarlos escasos recursos que aún quedan en estecampo. Representaria el tirar por la borda unatradición de más de un siglo, que tiene en su ha-ber miles de máquinas instaladas, algunas deellas en la primeras décadas con potencias devarios miles de kilowatios.

La intención de este libro es pues, la de divul-gar alguna de estas técnicas, específicamentecentrándonos en la micra-hidráulica (potenciasinferiores a los lOO Kw). Como podrán compro-bar, gran parte de las técnicas mostradas tienenvarias décadas de antigüedad al igual que algu-nOS modelos propuestos de autoconstrucción. Setrata, por lo tanto, de recuperar estas técnicas ymejorar su eficacia con la aplicación de nuevastecnologías. Es una ventaja que tenemos a nues-tro favor.

Calculo de la potenciade un salto hidráulico

'La potencia máxima, medida en ~ilowatios, quees capaz de proporcionar un determinado saltohidráulico viene dada por la siguiente expresión:

P-H.C·g·f

P[Kw]- H[m] . C[m3/s] . g[m/s2] . [Kg/m3]

Además de ello debemos contar con las pérdidasde carga por rozamiento en las conducciones (enla tabla adjunta se muestran estos coeficientespara tubos de PVC).

Por lo tanto, debemos expresar la potencia útilde la siguiente manera:

donde nn representa la eficiencia de cada ele-mento que interviene en la instalación.

En el caso de saltos muy pequeños se sueleaceptar como norma el que la potencia máximavenga determinada por la siguiente expresión:

Pmáx.- H[m] . C[I/s] / 200

debido a que se parte de la base experimentalde que en este tipo de saltos la eficiencia no su-pera eI51%.

donde:P - Potencia en KwH - Altura útil (o neta) del saltoC - Caudal medido en m3/segundog - Aceleleración gravitatoria - 9,81 m/s2f - densidad del agua - 1000 Kg/m3

Sin embargo, esta es la potencia teórica quepodemos alcanzar, ya que la potencia útil vendrádeterminada por la eficiencia de las distintastransformaciones en el proceso (rendimiento dela turbina, rendimiento del generador eléctrico,pérdidas por transmisión, multiplicadores, etc.).

Pérdidas de carga porrozamiento en tubos deplástico (PVC)

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Datos en metros de columna de aguapara 100 metros de tubo

La. tuberia de acero tienen el doblede pérdidas en las f!llsmsscondiciones

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-

olinos o ruedas hidráulicas

Las ruedas hidráulicas surgen desde los tiem-pos más remotos de la antigüedad conservándo-se con algunas modificaciones hasta nuestrosdias. Poseen la ventaja de su gan sencillez deconstrucción y diseño sobre el resto de las técni-cas hidráulicas, sin embargo operan a por reglageneral con una eficiencia muy baja y no admitenuna gran gama de caudales y alturas.

Aunque con ellas se pueden alcanzar poten-cias de hasta 10 Kw, no están indicadas para lageneración de electricidad, debido a que los mo-linos o ruedas trabajan a velocidades de girocomprendidas entre 2 y 12 r.p.m .. Sus aplicacio-nes serán pues, fundamentalmente mecánicas(sierras, prensas, etc.).

Las ruedas hidráulicas poseen otra ventaja adi-cional que es su sencilla adaptación a las varia-ciones del caudal de agua. Su construcción norequiere una tecnología muy desarrollada, sonmáquinas resistentes y de bajo mantenimíento.

Ruedas de alimentacióninferior

Constituye el diseña más antiguo y básico detodas las ruedas hidráulicas. Este era el tipo demolino que accionaba las famosas fuentes delPalacio de Versalles en la época de Luis XIV.

Preferentemente se emplea en ríos o arroyoscaudalosos pero con poco desnivel, alcanzandoun óptimo entre los 1,5 y 3,5 metros. Son tambiénde uso extendido las versiones en pequeña esca-la con desniveles o saltos desde 20 cm hasta 1,5m.

El diámetro más usual de la ruedas de este tipose sitúa en torno a los 3 - 4 metros, y para caídas

)

de poco desnivel se calcula el diámetro tripl1can-do la altura del salto.

El principio de su funcionamiento es bastantesimple, consiste en sumergir parcialmente la rue-da en el caudal, siendo impulsada por la corrien-te al golpear ésta sus paletas dispuestas en for-ma radial.

En estos primitivos molinos los álabes o pale-tas son planos y sedetermina su anchura calcu-lando a grosso modo que para cada 30 cm elcaudal debe ser de unos 200 l/s.

Rueda Poncelet

A partir de 1800 comenzaron a introducirsemodificaciones en las clásicas ruedas de ataqueinferior con el fin de aumentar su eficacia. Comola mayor parte de las pérdidas eran debidas a lasturbulencias que causaban las paletas planas, és-tas fueron sustituidas con el paso del tiempo porcangilones de perfil curvo.

Como resultado de múltiples cambios se obtu-vo la rueda Poncelet. A pesar de su diseño, setrata de una tecnologia muy sencilla.

Estas ruedas operan a muy bajas revoluciones,entre 7 y 10 r.p.rn. Sin embargo, desarrollan com-parativamente una fuerza mayor que las ruedasde paletas rectilineas.

Las ruedas Poncelet utilizan al máximo el im-pulso del chorro de agua que penetra hasta elfondo del cangilón. El perfil curvo le permite rE~du-

RuedaPONCELET

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cir enormemente las pérdidas que se producianal golpear el agua contra las paletas planas. Elagua asciende a lo largo de la curva o perfil,aprovechando al máximo su fuerza sobre la rue-da. Las eficiencias de este diseño se sitúan entreel 70 y el 85%.

Otra de las caracteristicas de la Poncelet esque requiere una forma especial de la canaliza-ción o acequia al paso del agua. El firme y las pa-redes laterales, normalmente contruidos de hor-migón, deben adaptarse perfectamente a la ruedatal y como se indica en los grabados. La entradade agua debe estar provista de un rastrillo omaya que impida la indroducción de objetos pe-sados arrastrados por la corriente, ya que pue-den perjudicar los cangilones a golpearles.

La compuerta actúa de regulador del chorro deagua, de tal manera que el llenado de los cangi-lones se produzca como máximo en un arco de30·. Esta es la única complicación apreciable dediseño que poseen estas ruedas. En las figurastambién podemos apreciar dos tipos de com-puerta válidos para la Poncelet.

CONTROL DE LACOMPUERTA

Nivel superior

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Esquema rueda Poncelet

Existe una variante de la rueda Poncelet que al-gunos autores consideran también como ruedade ataque superior. En esta variante el agua ata-ca los cangilones en un punto más alto de la rue-da, en algunos casos superando el nivel del eje.

Estas ruedas suelen operar con desniveles en-tre 2 y 5 metros. El diámetro es por lo general tresveces mayor que el desnivel de la acequia.

Las eficiencias en este caso son muy variables.Mientras que en las de ataque inferior al nivel deleje no se supera el 35 - 40%, en las de ataquesuperior se alcanza el 65%.Este tipo de ruedas tuvo un Importante desarrolloen el sig10 XIX y principios del XX, sin embargo,sus bajos rendimientos la han hecho poco acon-sejable. Tiene también como inconveniente lacomplejidad constructiva de la canalización, Conunas tolerancias muy estrictas. Además, debenposeer un sistema de evacuación del aire de loscangilones para evitar cargas demasiado bajas.Al igual que la Poncelet, esta rueda debe estarprotegida de la entrada de objetos pesados a loscangilones.

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Rueda deATAQUE SUPERIOR

Ruedas hidráulicasde ataque superior

Las ruedas de ataque superior se basan en unprincipio totalmente diferente de los modelos an-teriores. En este caso el giro no depende exclusi-vamente de la velocidad con que el chorro deagua golpea los cangilones. El agua penetra enlos cangilones por la parte más alta de la ruedamediante una acequia colocada horizontalmentea ella, y es el peso del agua al llenar cada cangi-lón el que provoca fundamentalmente el giro. Elempuje inicial del agua representa una pequeñaproporción en la fuerza generada por la rueda.

Esta rueda está especialmente adaptada parasaltos entre 3 y 10 metros, siende este último unlimite impuesto por la complejidad constructiva amedida que aumentamos la escala. El caudal re-querido es también muy variable, entre 0,05 y 1m3/s. Las eficiencias son asimismo bastante altasen comparación con las otras ruedas, éstas se si-túan entre el 70% y el 80%.

Otra caracteristica importante es que la ruedano deja de realizar trabajo aunque el caudal de-crezca considerablemente, ya que éste dependedel llenado de los cangilones y lo único que ocu-rriria es que giraria a un ritmo menor, pero sin pa-ralizarse como en los otros modelos. Por la mis-ma regla de tres, un crecimiento excesivo delcaudal, por encima del limite teórico establecido,no le afectaria ya que seguiria trabajando al máxi-mo de potencia.

En este caso es muy importante fijarse en el co-rrecto diseño y construcción de los cangilones,estos deben ser muy lisos y bien diseñados paraevitar disminuciones considerables en el rendi-miento.

La corriente de agua se dirige a la rueda a tra-vés de una acequia a una velocidad próxima a 1mIs. Al final de la acequia hay una compuertaque se ajusta para que el agua alcance la rueda auna velocidad de 2 - 3 mIs. Esta compuerta actúa

como regulador y en algunos modelos del merca-do se suministra con un mecanismo automático.

Cálculo de una rueda hidráulicade ataque superior

Si partimos de una rueda hidráulica con un diá-metro dado, determinaremos en primer lugar lavelocidad de la misma en el extremo de los can-gilones. Llamaremos U a esta velocidad, expre-sada en mis. Hasta principios de siglo era bas-tante usual calcular el valor de U en función deldiámetro: U - 20. Pero si trabajamos con cangilo-nes de perfil curvo, esta relación puede afinarseun poco más U - 2.19 O. De esta manera conta-mos con una indicación inicial de la relación entreel diámetro y la velocidad en el extremo de la rue-da.

El valor de U suele estar comprendido entre un50 y un 70% de la velocidad del agua al incidir ella rueda. Por regla general se parte de la base deque U tiene un valor del 65% de la velocidad delagua.

La altura H, regulada por la compuerta del ca-nal de entrada tal y como se aprecia en la figura,viene determinada por la siguiente expresión:

h - v2 I 2g

donde:h - diferencia nivel canal en m.v - velocidad del agua expresada en misg -aceleración garvitatoria.

Ahora bien, sabemos que podemos regular lavelocidad controlando el nivel H, y también queuna vez determinada ésta y mediante las expre-siones anteriores deducimos el diámetro quedebe tener la rueda. No obstante debemos consi-derar que en una situación real la altura H debeincrementarse al menos en un 10% para conpen-sar las pérdidas por rozamiento.

En este tipo de ruedas, la velocidad v que ad-quiere el agua se emplea como mucho en un50% para la realización de trabajo efectivo, el

resto se pierde en turbulencias en la operaciónde llenado de los cangilones.

Una vez determinado el diámetro, la altura totaldel salto debe ser lógicamente al menos superiora H+0.

El número de vueltas de la rueda puede deter-minarse conocidos estos datos:

r.p.m. = U . 60 I edonde:r.p.rn, = revoluciones por minutoe = longitud de la circunferencia exterior

Detalle cangilones

, Nivel superior .

H desnivel acequia

acequia

Nivel Inferior

EsquemaRueda deATAQUE SUPERIOR

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Ahora vamos a determinar el volumen de aguaque es capaz de captar la rueda en cada revolu-ción. Como aproximación podemos calcularlomediante la siguiente fórmula:

Volumen por revolución = Il (D - b) x A x P

siendo:D = Diámetro exterior de la ruedab = Anchura lateral del cangilónA = Anchura frontal del cangilónP = Profundidad del cangilón

Hemos dividido por 2 el volumen total del cilin-dro concéntrico al eje formado por los cangilo-nes, ya que cada uno es capaz de llenar comomáximo la mitad del volumen que ocupa en elanillo cilíndrico. Pero además, debemos conside-rar que del volumen disponible en cada cangilónno se alcanza un llenado en funcionamiento realsuperior al 67%. Esta cifra está calculada experi-mentalmente para ruedas muy bien diseñadasprovistas de cangilones metálicos o de fibra devidrio. Lo usual es que el llenado se sitúe en tor-no al 50% de media.

Disponiendo de estos datos podemos calcularel caudal necesario para alcanzar las revolucio-nes óptimas ya prefijadas:

II

-~

ICENTRO DE LA RUEDA

Caudal = V x r.p.rn. x (% de llenado)

La elección del ancho lateral A de los cangilo-nes es bastante variable según diseños y fabri-cantes, puede oscilar entre .3v'D y .5v'D. La prác-tica más usual a lo largo del siglo XIX para calcu-lar el número de cangilones era ,el multiplicar eldiámetro expresado en metros por 8. La distanciaentre cada cangilón seria pues de:

s = nD / n

n = número de cangilones

o bien, si lo queremos expresar según el arceque ocupa seria: Arco = 360"/n

Un método sencillo para determinar la curvatu-ra de cada cangilón viene expuesto en la figureadjunta. Donde la distancia entre J y K es 1/3bLa que existe entre el punto L y el M es 1.2s. Paredeterminar el punto R de intersección de la cueroda trazada entre M y K con el arco debemos te·ner en cuenta que la distancia de K a R se calculécomo 1/4 de la existente entre J y K. Por últimoel centro del arco que pasa por los puntos M y Fse sitúa en una linea que forma un ángulo de 15"con el radio de la rueda (OM).

(1.2)(S)

Turbinas de Impulsión-~ - - .

Este tipo de turbinas se basan fundamental-mente en aprovechar la presión atmosférica quenOS da una columna o salto de agua para trans-formarlo directamente en energia cínéttca. A dife-rencia de las turbinas de hélice y las de reacción,el chorro de agua a presión actúa directamentesobre el rotor provocando el giro.

En la mayoria de los casos se trata de máqui-nas con un diseño bastante poco sofisticado, loque las hace bastante aptas para aplicaciones enmicro-hidráulica.

En el cuadro adjunto podemos observar el ran-go de aplicación más usual para cada tipo de tur-bina, donde se aprecia igualmente que la gamade aplicaciones de las de impulsión es muy am-plia.

A continuación expondremos los modelos másusuales de esta categoria.

Rangode aplicaciónpara distintostipos de turbinas

1.5 2 3 5 7 10 I.~ ?(j 30 50 70 100 150 lOO 5011 lOilO

TURBINA PEL TON

Turbina Pelton

El mismo prtnciplo por el que se accionabanlos más antiguos molinos de agua se aplica a lasmodernas turbinas Pelton. El rotor consiste bási-camente en un disco sobre el que se ha dispues-to en toda la periferia una serie de cazoletas enforma de cuchara. Es importante hacer notar quecada cazoleta tiene un perfil especial de doblecurvatura que las diferencia de las empleadas enotras turbinas más sencillas.

El chorro de agua a presión incide directamen-te en el medio de la cazoleta, siendo desviado endos sentidos opuestos, lo que provoca el efectode giro del rotor. La velocidad de rotación vienedeterminada por el volumen del flujo de agua ypor la velocidad de ésta a la salida del eyec-toro Este tipo de turbinas trabaja a máxima efi-ciencia cuando el rotor gira aproximadamente ala mitad de la velocidad de salida del chorro de

ROTOR DE UNA PEL TON

agua. Esta cualidad determina el que estas turbi-nas trabajen a altas revoluciones (entre 500 y3000 r.p.m.) lo que las hace especialmente aptaspara su conexión directa a generadores eléctri-cos, no necesitando multiplicación de vueltas en

. la mayoria de los casos. La ausencia de multipli-cadores resulta muy apreciable de cara al costedel equipo en las pequeñas instalaciones.

La velocidad de rotación y el flujo de agua secontrolan mediante un dispositivo especial en for-ma de aguja insertado en el interior de la lanza-dera. Si la carga del sistema disminuyera repenti-namente, entraria en acción un sistema de deflec-tores del chorro de agua con el fin de desviarpaulatinamente la incidencia de este sobre el ro-toro Este sistema se hace necesario, fundamental-mente en el caso de potencias medias, ya quehay que evitar los efectos perjudiciales para elsistema en el caso de un súbito descenso de lacarga (efecto martillo). En muchos casos el con-trol de los deflectores viene determinado por elgenerador eléctrico.

Otra peculiaridad de las Pelton es que estánespecialmente adaptadas a saltos de mucha altu-ra (> 40 metros) y que pueden trabajar con pe-queños caudales de agua (entre 0,1 Y 50 l/s).

Los rendimientos de estas turbinas son bastan-

te buenos, en torno al 75 - 80% de eficiencia, yse trata además de equipos con una relación ta-maño/potencia superior a otros tipos.

Determinación de la velocidad de giroLa velocidad de giro del rodete de una turbina

Pelton puede determinarse en función de la alturadel salto y del diámetro del mismo.

r.p.rn. -137.8 -IH/ D

H - desnivel del salto en metrosD = diámetro del rodete em metros

Determinación del diámetro del chorroEl número de revoluciones fijado por la expre-

sión anterior guarda lógicamente relación con eldiámetro del chorro o lanzadera y el caudal queempleemos. El diámetro apropiado se fija me-diante la expresión:

d = 16.8 ...¡ Q /IR

d = diámetro del chorro en milímetrosQ = caudal en l/sH = desnivel en metros

Peltonprovistade dos lanzaderas

ACCION DEL CHORRO DE AGUASOBRE LA CAZOLETA

SISTEMA DE CONTROL DE DEFLECTO y AGUJA

A PLENA CARGA DEFLECCION PARCIAL DEL CHORRO ACCION DE LA AGUJA PARA

=

INSTALACION PELTON - TURGO(Ext. Energía Hidráulica y Eólica Prácticas)

Diferencias básicas de incidencia del chorrode agua entre turbinas Pelton y Turgo

P,lton

Turbinas Turgo

La turbina Turgo es una variación algo menossofisticada de la Pelton. Las diferencias entre es-tos dos tipos se basan en el diseño de las cazole-tas y en la forma de incidir el chorro de agua so-bre ellas. En la Turgo la cazoleta o álabe no tienela doble curvatura que caracteriza a la Pelton, porlo que el chorro de agua se lanza lateralmentesobre los álabes.

Sin embargo, la rueda Pelton admite chorros demenor diámetro que la Turgo: hasta 1/8 del diá-metro del rodete, mientras que en la Turgo estaproporción es de 1/4. Por ello, para un mismochorro el rotor de una Turgo puede tener la mitadde diámetro que el de una Pelton, por lo que gira-rá a doble velocidad.

Entre las ventajas de la turbina Turgo estánpues, su mayor sencillez de construcción, menortamaño y reducción de la multiplicación en rela-ción con la Pelton.

fórmula para el calcUló aproximado del mismo.La elección del ancho adecuado es importante

ya que la velocidad que adquiere la turbina en elextremo del rotor depende lógicamente de la delchorro de agua. Por regla general la velocidad degiro es la mitad de la de salida de agua:

U-.5V

u - velocidad en el extremo del rotorV - velocidad de salida de agua por la boquilla

Por último para calcular el número de vueltasde la turbina no tenemos más que aplicar:

r.p.m. - (U x 60) / edonde:e -longitud de la circunferencia exterior del rotor.

Uno de los aspectos más importantes en el di-seño de una instalación Pelton radica en ta elec-ción del tubo de conducción del agua, debido aque toda la potencia que podamos obtener Sedebe a la velocidad que esta adquiera. Vigilare-mos pues, en primer lugar, el rozamiento paradistintos tipos de tubos.

El rozamiento no depende solamente del tipode material, sino además del ancho de la conduc-ción. Cuanto más ancha sea, menores serán laspérdidas por fricción. Por lo tanto, será necesarioestablecer un criterio óptimo entre el precio y elmayor ancho admitido por la turbina.

Para calcular este ancho comenzaremos fijam-do la velocidad de salida del chorro de agua porla boquilla. La velocidad viene determinada por lasiguiente fórmula:

V-V2. g. H

donde:V - velocidad de salida del chorro de agua en elextremo de la boquillag - aceleración de la gravedadH - altura útil del salto

Por otro lado, el caudal que atraviesa un tubopuede determinarse conociendo la velocidad delagua y el área de la sección en un punto cual-quiera. Podemos expresarlo de la siguiente ma-nera:

Q=V. A

donde:Q - caudal m3/sV = velocidad del agua en un punto misA - área de la sección del tubo en dicho punto

m2

De estas dos expresiones podemos calcular elárea que teóricamente debe tener la sección deltubo en cada punto, conociendo la altura y elcaudal. No obstante, en la práctica el área teóricadebe ser dividida por un coeficiente - .97.

Turbina Pellan. Vista del rodete.

Area real = Area teórica I .97

Pero como todas las medidas referentes a con-ducciones vienen expresadas según su diámetroo radio, y partiendo de la base de que son cilin-dricas, calcularemos el radio según:

R-VAfll

Diámetro - 2 R

Este mismo proceso nos servirá para calcularla anchura deseada del chorro a la salida de laboquilla, aunque hayamos dado inicialmente una

CARACTERISTICAS GENERALES DE LAS RUEDAS HIDRAULICAS y TURBINAS

Tipo de rueda Rango del Diámetro (m) r.p.m. óptimas Eficiencia % Adaptabilidada cambios de Tecnología Materialeso turbina salto (m) Caudal Altura constructiva

Ataque inf. 2 - 4.5 3H 76.6{H/ D 35-45% Buena Ajustada Sencilla Metal/M adera

Poncelet 1-3 2H-4H(>4m) 76.6 v"H/ D 60-80% Buena Ajustada Intermedia Metal/Madera

Variante Pone. 2-4.5 H-3H Dep. diseño 40-70% Buena Ajustada Sencilla Metal/Madera

Ataque Supo 3-9 .75H 76.1{H/D 60- 85% Buena No existe Sencilla Metal/Madera

Michell 5-80 .30 -1 m 39.4/H / D 60- 85% Buena Buena Intermedia Acero

Pelton 15 - 500 .30- 4 m 137.8{H/ D 80- 94% Buena Ajustada Inter./Alta Acero/Fund.

Francis 30 - 400 .30-4m Dep. diseño 80-93% Poca Poca Alta Fundición

Kaplan 4- 35 .5-9 m 50 - 220 80-92% Poca Buena Alta Fund.

Turb. Hélice 2-60 0.5- 9 50 - 220 80-92% Poca Poca Alta Fund.

H - Altura del salto en metrosD - Diámetro de la turbina en metros

Contrucciónde un rodeteTurgo

Ext. Energía Hidráulicay Eólica Prácticas.J.I. y S.u. Urquía Llus

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Realización práctica deun rotor Turgo

El modelo que proponemos a continuación hasido extraido del trabajo Energia Hidráulica y Eóli-ca Prácticas. Juan Ignacio y Sebastián UrquiaLus.

Los álabes son semiesferas hechas por embu-tido en chapa de acero inoxidable de 1 mm. Elsistema de construcción puede apreciarse en eldibujo. Cada álabe debe tener un diámetro de almenos 1.5 veces el diámetro del chorro.

Los álabes (normalmente 12) se soportan enuna rueda de nylon con tornillos inoxidables dechapa.

El chorro puede ser uno sencillo de lanza demanguera corriente de plástico y sin regulacio-nes. También se puede conseguir taladrando untapón de fontaneria sucesivamente con diámetrosmenores. En las lanzas de plástico se consigue eldiámetro adecuado cortando según nuestras ne-cesidades a lo largo del cono de la lanza.

El chorro se colocará en posición Turgo o Pel-ton, ya que conviene hacer pruebas con los dossistemas. Una vez montado todo se realizaránpruebas variando el ángulo de ataque del chorrohasta alcanzar la máxima velocidad, potencia ymejor sonido.

Lanza de regar

Tapón de fontanería taladrado

Turbinas Banki o Michell(Cross-Flow)

Aunque sean más conocidas las clásicas turbi-nas Pelton, Francis o Kaplan, el principio de lasturbinas de flujo transversal (Cross-Flow) no esnada nuevo. Este tipo de turbinas fueron ínventa-'das por un ingeniero llamado Michell quien obtu-vo la patente en 1903. Simultáneamente el profe-sor húngaro Donat Banki desarrollaba el mismosistema de turbina en la Universidad de Buda-pest. A este singular hecho se debe el que se lasdenomine indistintamente Banki o Michel. Perono es sino a partir de 1920 cuando llegan aconocerse a través de publicaciones cientificasen toda Europa. A partir de esta fecha y durantedécadas la fabricación de este tipo de turbinas serealizará casi exclusivamente por la firma alema-na Ossberger de Bavaria.

El rotor de una turbina Banki se caracteriza bá-sicamente por su forma cilíndrica y por las palastrnoulsoras dispuestas radialmente formando uncilindro concéntrico al eje. (ver grabados adjun-tos).

La peculiaridad esencial de estas turbinas sedebe al especial recorrido que sigue el agua unavez que ha incidido en el rotor. El agua golpea eimpulsa dos veces las palas del rotor trazando Unrecorrido casi rectangular. Si establecemos el si-mil del reloj veríamos gráficamente como el flujode agua incide sobre las palas que están en laposición de las 9 horas atravesando posterior-mente el interior del rotor en forma de tambor ygolpeando las palas que se encuentran en la po-sición de las 4 horas. Por lo tanto la captación deenergía mecánica se produce en dos fases, a laentrada y a la salida del agua del rotor.

Este trabajo realizado en dos etapas no estáconcebido para permitir un aumento sustancialde la potencia captada, sino más bien como unmedio bastante sencillo y eficaz de descargar elflujo de agua tras incidir en el rotor.

TURBINA BANKI

ESQUEMA DE LA SECCION DE UNA TURBINA BANKI

Aunque se suele clasificar esta máquina dentrode las turbinas de impulsión se trata más bien deun caso original de turbinas de presión costante.La gran holgura de la boquilla o entrada del aguapermite que el chorro alcance el rotor con unapresión estática. Aunque en los modelos más re-cientes es bastante usual la inclusión de un arcoque divide el chorro incrementando el flujo de

ROTORSe puede apreciar la disposición de los álabes solda-dos a los discos laterales.x es el ancho variable mencionado en el texto.

MODELO DE TURBINA BANKI EN FUNCIONAMIENTOse aprecia claramente la trayectoria del agua a travésdel rotar.Museo de la Técnica. Munich.

Descripción de dos turbinastipo Banki (Michell)

Los modelos qu describiremos son el resultadode la colaboración entre distintos organismos(NIDC, SATA/HELVETAS y UMN) que han desa-rrollado junto a la firma BYS, una serie de instala-ciones de bajo costo y de desarrollo y fabricaciónlocal en el Nepal.

La entrada de agua (1) está construida con dosláminas en forma de espiral logaritmica y solda-das a otras dos laterales planas tal y como

8 podemos a preciar en el esquema. De estamanera, la boquilla de acceso del chorro de aguaa la turbina tendrá una sección rectangular. Ellado perpendicular al rectángulo que determinacada sección de la boquilla es lo que denomina-mos por x en la figura.

agua por superficie, esta innovación tiene comofinalidad la reducción del tamaño de la turbina.

Las turbinas Banki o Michell pueden ser em-pleadas en una gran variedad de saltos, desde 2metros a hasta más de 100 de altura (Ossbergerha llegado a fabricar turbinas adaptadas a saltosde más de 260 rn.). Una gran ventaja adicional esque para un mismo diámetro de rotor se puedenacomodar una amplia gama de caudales. Esto seconsigue sencillamente variando el ancho de laboquilla de entrada al rotor (distancia x señaladaen el grabado) lo que nos ahorra en construcciónuna gran cantidad de elementos de ajuste.

La relación entre el ancho de la boquilla y eldiámetro del rotor es también muy variable, paradistintos modelos esta relación fluctúa entre 0.2 y4.5 según las apliacaciones y las condiciones desalto.

Dada su sencillez de construcción, la eficienciede estas máquinas es bastante aceptable: entreel 75 y el 80%.

El rotor está dotado de 28 palas o álabes (2).Las palas se construyen a partir de un tubo de 5pulgadas y de 5 mm de espesor cuyo ancho vie-ne determinado en la tabla de características ge-nerales. Los álabes dotados de esta curvatura sesueldan en cada ranura de los dos discos latera-les de 40 cm de diámetro. A su vez, estos discosse encuentran soldados al eje central (3). Esta es-tructura es la que forma básícamente el rotor dela turbína.

En el caso de que el ancho efectivo de trabajodel rotor ( x en el gráfico y las tablas) supere los220 mm, es necesario incorporar un disco de so-porte paralelo a los laterales.

Por lo general, el eje sobresale del rotor en unadistancia idéntica por los dos extremos. Sí la apli-cación es mecánica, cada extremo se conecta aun juego de poleas de transmisión, pero si la tur-bina va conectada en uno de sus extremos a ungenerador eléctrico, el otro extremo de este ejese empleará para su conexión al sistema de con-trol.

El flujo de agua se controla mediante un regula-dor (4). El regulador acciona un dispositivo enforma de U, montado sobre un eje paralelo al delrotor. Este dispositivo soporta en su parte supe-rior una lengueta que hace de cuña regulando laentrada de agua a la turbina. La construcción deesta cuña debe ser lo mas precisa posible con elfin de que el ajuste impida al máximo las pérdi-das de agua por los laterales. El mecanismo seacciona manualmente mediante un mando o eje(5) que se mueve bajo la acción de un volanteroscado a dicho eje. Esta operación puede reali-zarse automáticamente mediante un cilindro hi-dráulico conectado al control de velocidad quese instala en uno de los extremos del eje dela turbina.

La construcción de la turbina propiamente di-cha se complementa con la carcasa, fabricada endos piezas (8 y 9) Y anclada a la base de la es-tructura (7). Adicionalmente se construye el arma-zón que soporta al generador eléctrico (en elcaso de que sea esta su aplicación) que tambiénva sujeto a la base. Sobre la base y la estructuratambiéb se asientan los cojinetes que soportan eleje del rotor.

Las dimensiones generales para 10 Turbinasdistintas de este tipo según el ancho útil del rotor(x) vienen determinadas en la tabla de dimensio-nes.

Este tipo de turbina, está especialmente adap-tada para potencias inferiores a los 25 Kw, si bienSU diseño permite captar potencias mayores-hasta 60 Kw- ello significaria complicar los siste-mas de control a la vez que reforzar la estructura.

Para una gama mayor de potencias, y especial-mente si contemplamos la posibilidad de la gene-ración eléctrica, existe una variante algo más so-fisticada de este proyecto que exponemos a con-tinuación.

Esquema general<, .>:

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Turbina Banki ..-- ~Desarrollo: NIDC EL! I ,-;:~,or-,

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TABLA DE DIMENSIONES GENERALES Peso aprox.

A B ( X 0("') de la turbina (K~-352 462 694 50 260 220372 482 71 4 70 280 230402 512 744 100 310 245452 562 794 150 360 260482 592 824 180 390 275502 612 844 200 410 280522 632 864 220 430 290602 712 944 300 510 325662 772 1004 360 570 345702 812 1044 400 610 360

Medidas recomendadas paradistintos tamaños de turbina

y su relación con el ancho (x)de la boquilla

La modificación del diseño anterior posee undiámetro mucho menor: 200 mm. La reduccióndel diámetro permite a la turbina el girar a prácti-camente el doble de velocidad que en el modeloprecedente. Por lo tanto está especialmenteadaptada para las aplicaciones que requieran ungran número de vueltas, específicamente para lageneración eléctrica.

En estas aplicaciones la segunda turbina repre-senta una ventaja ya que nos ahorra en algunoscasos la multiplicación de vueltas, y además sereduce considerablemente el peso y el tamañodel rotar. No obstante, esta segunda opción re-quiere un cálculo más detallado de la estructura ydiseño de la turbina, al estar sometita a fuerzasmayores que el modelo precedente.

Este modelo necesita igualmente un anchomayor de la boquilla (x en las tablas), debido aque al reducir el diámetro del rotar se ha rebaja-

Ensamblaje de rotar y carcasa

do considerablemente la descarga específica.En la representación esquemática de la turbína

podemos ver que no varía sustancial mente canrelación al modelo precedente, a excepción delregulador de entrada de agua dotado de un perfilespecífico. El regulador divide en dos el flujo deagua, permitiendo con su movimiento basculanteen torno al eje que le soporta un control de la ve-locidad de giro y la descarga sobre el rotar. Estetipo de perfil y su ubicación permiten que el regu-lador no soporte directamente la fuerza del aguacomo ocurría en el caso anterior. Por el mismomotivo se requiere aplicar una fuerza menor en laoperación de regulación.

Las técnicas de construcción son muy similaresa las del ejemplo anterior, excepto para las palasdel rotar. Estas deben estar fabricadas a base desegmentos de acero modelados con una prensahidráulica.

Soldadura de rotar

Características generalesde las dos turbinas

Mod.1 Mod.2

Rotor;lD (mm) 400 200

ALABES:númerogrosor: (mm)

285

Radio de curvaturar(mm) 65

Dif. radiocangilones 61

Variación anchode boquilla 50 ~ x ~ 400 50 ~ x ~ 920

Vel. de rotación(r.p.m.)-39.4 v'H/D 98.5 v'H 197xYH

Rango del salto de 2 a 19 m de 7 a 80 m

Rango r.p.rn. de 140 a 430 de 520 a 1750

Descarga espf. Os 0.35 0.15

Descarga abs. l/s Os.x.yl( Os.x.JF4

Potencia max. (Kw) 60

Eficiencia max. 70% 75%

La construcción de estas turbinas no requiereuna infraestructura de talleres muy especializada.un taller mínimamente dotado podría hacer frentea su fabricación. Entre los elementos indispensa-bles podríamos destacar:- Torno (> 200 mm)- Taladro. r;1 > 25 mm)- Sierra metálica- Soplete de acetileno- Equipo soldadura arco voltaicoy de resto los útiles convencionales de un tallermecánico.

322.5

31

32

70

Despiece de una turbina Banki del segundo modelo

3

2

I '

1. Alabes soldados a la cara exterior de cada disco2. Alabe construido a partir de una tuberia estandar3. Eje. Transmíslón de la potencia de la turbina.

Propuesta de..turbina Michellde fácil construcción

- Hacerlos girar sobre la plancha hasta completarel dibujo de los dos círculos. Figura 2.- Trazar las ranuras sobre el soporte de cartón,hasta completar los círculos siguiendo la direc-ción de las agujas del reloj. Figura 3.

- Cortar las ranuras con un cuter, dejando de estemodo 10 espacios que perrnitirán el trazado so-bre la plancha de acero.- Repetir el proceso anterior sobre la plancha deacero hasta cubrir el área de cada circunferencia.Figura 4.

Este diseño ha sido desarrollado por el grupoVITA (Volunters in Thecnical Assistance) dentrode la gama de propuestas de tecnologías apro-piadas a pequeñas comunidades y sin un altogrado de desarrollo tecnológico.

El plano general del rotor que se adjunta enesta edición está representado a escala 2/3 de sutamaño real. Así pues, una de las primeras tareaspara comenzar la construcción de la turbina se-gún las especificaciones siguientes será el re-cunstituír el tamaño real del plano mediante foto-copia o procedimiento fotográfico.

Se trata de una turbina de 30.5 cm de diámetroy el plano recoge igualmente la disposición y elancho de las ranuras donde van ubicados losálabes.

En la figura adiunta podemos apreciar dosperspectivas de-ra turbina propuesta con las di-mensiones y grosor de los distintos componen-tes.

Una vez tengamos ampliado el plano a su ta-rnaño real, el procedimiento a seguir para inicialla construcción será el siguiente:- Recortar el semicirculo del plano que represen-ta la turbina y pegarlo sobre un soporte de cartóno papel muy grueso.- Trazar los ~emicirculos utilizando el plano sobreuna plancha de acero de dimensiones adecua-das, tal y como se indica en la figura 1.

- Taladrar con una broca de 2 mm un agujero enel centro de cada circunferencia. Este punto esta-rá señalado por la cruz resultante del dibujo delos circulos iniciales. Este agujero servirá de ejepara cortar la plancha metálica. Figura 5.

- Tomar un recorte metálico plano de 20 x 5 cm.Practicar el este dos agujeros a distancia apro-piada que servirán uno de alojamiento para el so-plete y el otro como guia sobre el centro de la cir-cunferencia.- El tamaño del de la guia central debe ser tam-bién de 2 mm para evitar desplazamientos ide-seables en el corte. Y la distancia entre uno y otroajugero deberá ser lógicamente de 15.25 cm.- Ajustar las piezas de este dispositivo según seindica en la figura 6.- Usando el dispositivo, cortar según las lineastrazadas de cada circulo usando el soplete.- Una vez realizada esta operación, las ranurasdibujadas que servirán de alojamiento a los ála-bes pueden ser vaciadas utilizando una sierra.- Por último, cortar un circulo de 4.5 cm de diá-metro a partir del centro, que servirá de aloja-miento al eje central del rotor.

SOPLETE El RECORTE

r-:::J;===;r CLAVO METALlCO

~ ~CHA==9#=======lF=="/ /

15.25 ~ ~ 2Jrm

Construcción de los alabesPara calcular la longitud de cada álabe emplea-

remos la siguiente fórmula:

L [cm]-

1292 x Caudal [l/s] + 3.81Diámetro de Turb. [cm] x V Altura salto [m]

- Una vez determinado el largo, cortaremos untubo de acero de 10 cm de diámetro en seccio-nes de esta longitud. Debemos cortar tantas sec-ciones como necesitemos teniendo en cuentaque de cada una de ellas sólo podremos extraer4 álabes.- Para cortar longitudinalmente cada álabe nosserviremos de un ángulo de hierro que sirva deguia al soplete, tal y como viene en la Figura 7.Aunque también podemos hacer uso de una sie-rra circular.- Comprobar tras el corte que el ancho de cadaálabe, tal como se indica en la figura 8, es de 63mm.- Si hemos empleado un soplete, debemos com-probar que cada pieza no haya perdido su forma,ya que es normal que por el efecto de la dilata-ción se produzca un cierto alabeo o deformación.En este caso enderezarla con la ayuda de unmartillo.

7

Punto de soldadura

8

CONTRAPESOS

RODAMIENTOS

,__ --EJE+=

Montaje de la turbina- Cortar un eje de acero de 4.5 cm de diámetro.Su longitud total debe sobrepasar en 60 cm el lar-go anteriormente determinado.- Instalar los cubos metálicos que actuarán de re-fuerzo de cada sección lateral. Estos cubos oabrazaderas deben permitir el paso del eje tal ycomo se indica en la figura.- La sujección a las secciones laterales se efec-túa mediante cuatro tornillos con tuerca de segu-ridad, el ancho a taladrar para cada uno es de 20mm. Los pernos provistos de tuercas deben tener20 mm de ancho por 3 cm de largo.- Buscar dos soportes de -la misma altura paraapoyar los extremos del eje y comenzar el en-samblaje de la turbina.- Ajustar cada disco lateral a una distancia de 30cm de cada extremo del eje.- Insertar en cada ranura correspondiente un pri-mer álabe, y comprobar minuciosamente queéste queda parfectamente paralelo al eje. Unavez conseguido esto, darle un punto de saldad u-ra en cada disco. Figura 9.- Girar la turbina y repetir la operación con otro

( •....SOLDADURA POR LA CARA EXTERIOR 10..•

~ ~

álabe en el extremo contrario. Comprobar quequeden paralelos entre sí y con el eje.- Soldar las abrazaderas o cubos metálicos decada disco al eje.- Una vez alineada la turbina y soladados los dis-cos, comenzar la soldadura correcta de todos losálabes por la cara exterior como se indica en la fi-gura 10.- Montar el eje de la turbina sobre los soportesprovistos derodamientos tal y como se indica enla figura 11. Golpear ligeramente en un sentido uotro los soportes hasta que el giro del rotor sea lomás fluido posible.- No nos queda más que repasar el perfil exteriorde los álabes, ya que el ajuste en la toma deagua debe ser'io más perfecto posible.- Esta operación puede ser realizada con la :ayu-da de una lijadora eléctrica portátil montada so-bre una guía o raíl paralelo al eje de la turbina.- Repasar álabe por álabe todo el rotor. ,- El último paso de la contrucción del rotor con-siste en el equilibrado. Para ello nos serviremosse contrapesos adosados a las caras exteriorespor un punto de soldadura. Comprobar minucio-samente el equilibrado ya que este fallo nos po-drá 'significar grandes problemas de vibracionesindeseadas.

Construcción de la boquillaLa anchura de la boquilla de acceso del agua' a

la turbina viene condicionada por la siguiente fór-mula:

Como máximo esta medida debe ser inferior en1.5 - 3 cm al ancho del rotor que hemos fabrica-do.

En la figura adjunta podemos ver la disposiciónde la boquilla con relación al rotor.

Para construir la boquilla podemos tener encuenta las siguientes consideraciones:

- Las secciones rectilíneas pueden ser construí-das a partir de una plancha de acero de 6.5 mmde espesor. Como hemos dicho. la anchura debeser al menos entre 1.5 a 3 cm inferior al ancho to-tal del rotor. La sección lateral y sus dimensionesvienen representadas en la figura 12.- La mayor dificultad radica en el moldeado de lasección curva. Esta puede ser extraída. si se dis-pone de esta posibilidad. de un tubo de acero de15 cm de radio. que posteriormente se soldará alresto de las secciones rectilineas. En el caso deno disponer de un tubo de estas dimensionespero al menos tener acceso a su uso. podemosmodelar la plancha utilizando un segmento detubo de estas caracteristicas.- El dagrama de la figura 12 nos suministra todala información sobre el montaje de la turbina y laboquilla de acceso.

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6.s..BOQUILLA

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4.5 cm. EJE : Ir------------------+~,1

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25cm Minimo

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Esquema de la boquillaencaje en la turbinaDimensiones

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INSTALACIONDE ALTURA SUPERIOR A 10m

DISTANCIAVARIABLE

Obra civil, estructura,En el caso de que se trate de saltos de muy

poca altura, la estructura necesaria puede serrealizada en hormigón, madera o chapa metálica.En los grabados adjuntos apreciamos algunasperspectivas de la obra para saltos de 1 a 3 me-tros.

Un aspecto muy importante de esta fase finales el sellado de los extremos del eje que sobre-pasan la estructura. Ello se puede realizar me-diante dos discos de acero adosados a cadacara de la estructura y concéntricos al eje. Perodebemos cuidarnos de que tengan una cierta hol-gura minima para evitar que entren en contactocon el eje si éste vibra. Se sugiere darle al diáme-tro central 3 milimetros del holgura.

En el grabado 13 se representa la misma insta-lación pero adaptada a un salto del mayor altura.Vemos que la instalación está provista de un ras-trillo para evitar la instroducción de objetos en laturbina, dado que a una mayor velocidad los im-pactos pueden ser más dañinos. Además, el tubode conducción está provisto de una llave de pasocon la finalidad de poder regular el caudal segúnnuestra conveniencia .- 1 Nivel sup~r~ .:

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· Rebabas a lijarajustarse al diámetro de la turbina

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INSTALACION TIPICA DE UNA TURBINA DE REACCION

" DISTRIBUCION ELECTRICIDAD

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Turbinas de Reacción

En la mayoria de las explotaciones hidroeléctri-cas existentes las turbinas empleadas son dereacción. Aunque en algunos casos se puedanemplear para los mismos fines que las de impul-sión, se basan en un principio totalmente diferen-te. En primer lugar, el rotor se encuentra total-mente sumergido en la corriente de agua, y éstaactúa a la vez sobre todo el conjunto al contrariode las de impulsión, donde el chorro impulsabaen cada instante un solo elemento. Por otro lado,el diseño de estas máquinas busca captar la po-tencia del salto basándose más en la presión delagua que en la velocidad del chorro como ocurríacon las de impulsión. La presión y velocidad delagua disminuyen tras su paso por la turbina. Enrealidad se comportan de una manera bastantesimilar a las bombas centrifugas, sólo que giran-do en sentido inverso.

Poseen la ventaja de un alto grado de eficien-cia (hasta el 95%), teniendo en cambio la desven-taja de su poca adaptabilidad a situaciones diver-sas. Estas turbinas, normalmente utilizadas en lossaltos de cierta potencia, se diseñan casi exclusi-vamente para cada situación concreta.

Podemos dividir esta categoria de turbinas endos grupos bien diferenciados: Turbinas Francisy de Hélice.

Turbinas Francis

Se les denomina también de flujo radial por elsentido en que incide el agua sobre el rotar.Constan esquemáticamente de una entrada deagua en forma de voluta, de unas guias fijas y deun rotar dotado de álabe s con perfil curvo y ciertatorsión.

El agua recorre el canal anular siendo desviadapor las guias fijas, lo que provoca su aceleracióny por lo tanto aumenta la velocidad de rotaciónde la turbina por el principio de acción y reac-ción. Las guias fijas además de acrecentar la ve-locidad de rotación que adquiere el agua en lavoluta, eliminan eficazmente las turbulencias y re-molinos que constituyen una fuente de pérdidasenergéticas bastante estimable. La regulación delas guias para su adaptación a las caracteristicasdel caudal es una de las causas de la poca flexi-bilidad de estas turbinas para ajustarse a unagama amplia de saltos.

Las guias de la turbina Francis juegan en reali-dad un papel similar al del inyector o lanzaderaen la Pelton. El los grabados y esquemas adjun-tos se puede apreciar la trayectoria del flujo deagua así como la disposición del conjunto en for-ma de cruz.

Otra de. las particularidades de su diseño esque generalmente las características de la canali-zación, de la carcasa y de la obra varían paracada caso particular. Su rango de aplicación sesitúa entre los 30 y los 700 metros.

Cuando los saltos son de un rango inferior seutilizan otro tipo de turbinas de reacción.

GUIAS·t VOLUTA

ENTRADA DE AGUARotor de una turbina Francis

Esquema del flujo en una turbina Francis

EJE

TURBINA FRANCIS

La principal diferencia con las turbinas Francisradica en que el rotor está formado por hélices asemejanza de las que impulsan los barcos. Elprincipio sigue siendo el mismo, lo que varia es elsistema de captación de energia.

El rango de aplicación varia entre 1 y 30 me-tros, es decir, justo la zona en que las de tipoFrancis no son eficaces.

En diseños de una cierta potencia, el ángulo deincidencia de las hélices puede controlarse paraadaptarse a las necesidades de generación o va-riación del caudal. El paso variable de la hélicesno se suele emplear en aplicaciones de cierta po-tencia por su relativa complejidad.

Existe una gran variedad de turbinas de estetipo:

Turbinas de hélice

Rotar turbina Francis

1. Turbina2. Doble cono3. Multiplicador4. Generador5. Trayecto del agua6. Aceite sistema hidráulico

•Turbinas BulboEn este caso, tanto la turbina como el generadorse encuentran sumergidos en el curso de agua.StraflowEl generador se encuentra ubicado en el perime-tro de la turbina.KaplanTambien denominadas de flujo axial por el reco-rrido del agua. El agua es deflectada hacia la héli-ce mediante unas guias fijas, de una manera bas-tante similar al sistema Francis. Estas turbinas sesuministran frecuentemente con hélices de pasovariable.

Turbina Kaplan

PASO VARIABLE

GUIAS

\.

TURBINA BULBO

LA llAMeE IE.D.F. . Ir.laña . Frando)

la 000 kW bajo 5.75 m. 2<4 grupos mor.-matrices derivados de los ensayos i"dus-trioJu rechecdcs en Soin/-Molo y previs-tos poro;

• turbinoqe directo o inverso. bajosollo de J a 11 m;• bom~ directo o inverso. bajosollo de 1 a 6 m;• armcia directo o inverso.El cambio de lunción o de sentido decirculocion u realiza por una ralociónde los polas de 35(\,Cod:J qrupo comprende:• uno turbina de la 000 Jc'N b~io unsalto de 5.15 m; el de rodete: 5350 mm :12) de bulbo; .f 350 mm; ve~ocid:ld :93.75 t.p.m.• un allernador de 100CO Jc:VA . 3 SOD V· 93.75 r.p.m .. móquina tritásica síncrono.Entriomlento por aire y ]:01 v.braciÓnsobre lo pared de 10 ojiva (aire a unopresión de 2 kq abs::.Jutos enviado porun venlilador inrerjor situado en el exne-m:> de la ojiyo).

Ariete Hidráulico

Ariete Hidráulico

En determinadas circunstancias el empleodel ariete hidráulico puede se-r la forma más sen-cilla y barata para el bombeo de agua. Si conta-moscon un cierto desnivel yagua abundante enrelación al caudal que deseamos bombear, estatécnica puede ser la más apropiada.

El ariete hidráulico aprovecha la energia acu-mulada en una conducción de agua para bom-bear una parte del caudal a una altura como me-dia cuatro veces superior. Esta singular bombade agua está especialmente indicada para siste-mas de regadio de fincas situadas a cotas supe-riores al curso del canal o arroyo.

El esquema de funcionamiento es bastantesimple. La presión que ejerce el agua cierra endeterminado momento la válvula delrnpulsión, aldetenerse bruscamente el flujo se abre la válvulaque da acceso a la cámara de aire, pasando elagua al depósito hasta que se equilibran las pre-siones. La válvula de acceso a la cámara de airese cierra impidiendo el retorno del agua y se rei-nicia el proceso.

Aunque el agua sea impulsada de manera dis-continua, se obtiene un caudal de bombeo prácti-camente continuo ya que el ariete funciona conuna frecuencia de uno o dos ciclos por segundo.

El ariete hidráulico que describimos a continua-ció: ha sido extraido del trabajo realizado porS.b. Watt, publicado por el VITA e Intermediate

Technology. Se trata de un modelo desarrolladoen torno a los años cuarenta. En la publicación yamencionada de los Hnos. Urquia se expone otromodelo de fácil construcción y esquemas muyasequibles.

ARIETE HIDRAuLiCO

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Diagrama de un sistemade bombeo conariete hidráulico

I agua eXPulsadaPor la válvula

owco:::¡:Ocowo-ca:~~-c

----------

Elección del tubo de conducciónEl tipo de tuberia y el diámetro son factores

muy importantes de cara a un correcto funciona-miento del ariete. El material puede ser variable,desde acero galvanizado hasta tubos de PVC,con la condicción de que sean de buena calidaddebido a las presiones que deben soportar.

El criterio para elegir el diámetro de la conduc-ción se basa en la relación que tenga con el largode la tubería. Esta relación debe mantenerse en-tre unos limites:

150 < L/O < 1000siendo L el largo y O el diámetro de la conduc-ción.

En la práctica y en el caso del modelo propues-to, la elección se puede simplificar, de maneraque eligiremos como criterio simplificado el quela relación sea igual a 500 y que el largo de la tu-bería sea cuatro veces mayor que el desnivel detrabajo.

Pongamos un ejemplo. Si suponemos que eldesnivel es de 4 metros y que el tubo disponibleposee un diámetro de 25 mm, tendremos:Primer criterio:L - 500 x 25 - 12.500 mm - 12.5 mSegundo criterioL - 4 x Desnivel - 16 mEntre estas medidas el ariete puede funcionar co-rrectamente, eligiendo el tamaño más adecuadopara nuestra instalación.

El tubo de descarga es menos importante ypueden utilizarse los de PVC que son más bara-tos. En nuestro caso eligiremos uno de al menos20 mm útiles de sección.

La construcción del ariete que vamos a desa-rrollar se realiza básicamente con dos tipos de tu-bería. La conducción debe tener una medida inte-rior de 30 mm. El resto de la estructura, excep-tuando el tubo de descarga se realiza con seg-mentos de tubería de 50 mm. A todo ello hay queañadir las conexiones, junta ~orma de T y llavepara completar el m~eriall'lase. Se recomiendaque todas las pletas estén galvanizadas y lasjuntas Elet5"éñ9star muy bien estopadas y sella-das, ya que las presiones de trabajo y las varia-ciones de dirección del agua son importantes.

aireI aire

3 1 4

agua

Ciclo del Ariete Hidráulico

CAMARA_F1DEAIRE U

TUBO DE DESCARGA

PletinaTornillo para regularla carrera de la válvula/ -< V~lvula

Tornillo para regularla tensión en la pletina/ /

Válvula r- ?""~~~:;e aire e;'~•..&iii;'~""------8-'"

\TUBO DE ALlMENTACION

Codo 90"

Junta en T

Tubo de conexión 50 mm

Válvula de impulsiónEl conjunto de la válvula y la pletina resorte

constituye la parte fundamental del ariete. Lasdistintas variables y medidas de cada componen-te vienen expresadas en los planos adjuntos.

Una vez preparadas y taladradas las distintaspiezas, se comienza soldando la conexión de untubo de 50 mm a la plancha, procurando quequede centrada con respecto al agujero de 30mm. Fijarse en que la plancha posee dos aguje-ros ovalados, lo que permitirá posteriormente uncierto juego para centrar la válvula.

A la pletina se le da la forma a partir del mismotubo que empleamos de 50 mm. Es muy impor-tante que los agujeros taladrados para el aloja-miento del perno que regula la tensión coincidanexactamente para no descentrar el conjunto.

La válvula en funcionamiento no tiene práctica-mente ningún desgaste si exceptuamos la aran-dela de caucho, fácilmente sustituible. Esta puedeconstruirse a partir de una cámara usada de trac-tor.

PLANCHAMedidas: 150x BOx 3 mm. Acero templado.

6 mm ~ elongados.

/50

1"

$-?-c?30 mm,.E'S

20+0

PERNO6 mm O y 90 mm largo

PERNO 4 mm Oregula la carrera de la válvula

PLANCHA

ARANDELA de caucho40 mm O I

•..•

AR_A_N_D_E_LA Vá_lv_u_la_d_e_im_p_ul_Si_Ón R_E_G__U_L_A_C_IO__N_D_E__L__A_T_E_N_.S_1_O_N__E_N_L_A__P_L_E_T_IN_A____________________ ISISTEMA DE LA VÁLVULA DE IMPULSION ~

PLETINAMedidas: 650 x 30 x 2 mm. Acero templado. PESOS

6 I 6 B 6

11-,.,......;.._· ----·:.....--1· o • I~--~'~60~--~~41_7~o~.i~.~7~o~I-.--~2~5~O~----~~

GUIAS FIJAS

RECORRIDO

Segunda opción.Si deseamos una válvula de impulsión más ro-

busta que la precedente adjuntamos otro modelode realización algo más complicado. En estecaso la pletina se sustituye por un sistema decontrapesos que nos permitirá regular el recorri-do y la fuerza de la válvula.

Válvula de impulsiónsegunda opción

VÁLVULA DE DESCARGAARANu~LA DE.CAUCHO

45mm,lf

VALVULA ANTIRETORNO3mm'

I...•__-----s~o~.....~ 50

Construcciónde la válvula de descarga

Esta válvula tiene como función el evitar el re-torno del agua una vez que ha penetrado en lacámara de aire. Se realiza a partir de una cone-xión y una plancha de acero de 3 mm. Esta plan-cha debe estar bien torneada, los ajugueros de-ben estar bien pulidos y sin sobrepasar los 5 mmOpara evitar que el caucho se deforme y desgas-te antes de lo previsto. Por la misma razón la sol-dadura de la válvula por la cara interior de la pie-za de conexión debe estar bien rematada.

Inclusor de aireEl inclusor tiene como función el introducir en

cada ciclo unas pocas burbujas de aire en la cá-mara. De esta manera se mantiene la presión enla cámara de aire.

Se trata de un pequeño orificio de 1.5 a 2 mmde diámetro por el que introducimos un alambrede cobre cón cierta holgura. También podemosemplear uan válvula de aire desechable, de usobastante común.

II,i~ VALVULA SOLDADA

lA LA CARA INTERIOR

~e:>~ .4&-._''!i?-'::d

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r=-xz:z ~ ';IEZA CONEXION 50 mm o

~ ~2(<, '¿3J)---~

Cámara de aire y descargaLa cámara de aire del ariete va acoplada a la

junta en forma de T que conecta con el tubo dedescarga. Esta cámara es fundamental, ya quesin ella el ariete se romperia o dejaría de funcio-nar.

Se contruye con un segmento de tuberia de 50 .mm Oy 1 metro de longitud, roscada por los dosextremos. Las juntas y la tapa deben estar prefec-tamente selladas.

13$t-,Sistema de.transmisiónmediantecorreas

o

Acoplamiento de una turbina

a un motor de gasolina

MOTOR HIDRAULlCO,

ROTOR

Rotación del Campo Magnéticoei cambio del flujo magnético

en el estátor crea la inducción eléctrica

Suministro decorriente continuaalimentación del campo magnético

drlv. pull.y

AL TERNADOR TRIFAS/CO

Generadores para turbinas

Un generador eléctrico es una máquina capazde transformar la energia mecánica de rotaciónen energia eléctrica. Su funcionamiento se basaen el principio de inducción eléctrica, por mediodel cual se produce un flujo periódico de electrici-dad en la bobina conductora como resultado dela variación de flujo en las lineas de fuerza delcampo magnético que la atraviesa. De una formaresumida, estas máquinas generan electricidadbasándose en el movimiento relativo entre unabobina y un campo magnético.

De lo anterior se deducen dos concepciones odiseños básicos de generadores eléctricos: en uncaso la bobina gira en presencia de un campomagnético constante, o bien en el otro, la bobinase mantiene estacionaria y es el campo magnéti-co el que gira.

La disposición más usual es ésta última. La ar-madura exterior o estátor del generador consisti-ria en un anillo de hierro provisto de un embobi-nado (inducido) por su cara interior. Los polosmagnéticos del rotor girarian muy asjustados alestátor, y la corriente eléctrica producida por elefecto de inducción eléctrica se recoge directa-mente en el estátor. En estos casos se requiereuna pequeña cantidad de corriente eléctrica paramantener el campo 'magnético en el rotor que porregla general se le suministra mediante escobillasde carbón o cobre directamente al eje del mismo.

Altemadores y dinamosEl caso anteriormente descrito es el de un alter-

nador, es decir un generador eléctrico de corrien-te alterna. Las dinamos, en cambio, son genera-dores eléctricos de corriente continua.

En la dinamo se invierten los términos y la co-rriente eléctrica se genera en la bobina o induci-do del rotor. Esta se recoge mediante escobillasde los colectores situados en el mismo rotor. A.diferencia de los alternadores, el campo magnéti-co se crea mediante la bobina inductora (estática)

situada en el estátor.En este caso, para mantener el campo magné-

tico se recupera parte de la corriente generadaen el inducido que se hace pasar a las bobinasinductoras. En el caso en que la dinamo esté pa-rada, siempre queda un pequeña campo magné-tico en la bobina inductora que al comienzo del

. giro produce una pequeña corriente que a su vezaumenta el valor del campo; a este proceso se ledenomina autoexcitación. Por el contrario, en losalternadores la excitación del campo se crea me-diante una fuente externa de corriente continua obien mediante imanes permanentes.

Elección de generadorespara micro-turbinas

Los generadores de corriente continua o dina-mos tienen un uso muy restringido en estas apli-caciones. Se circunscriben a un campo de poten-cias muy bajas y para usos muy especificos, aun-que tienen la ventaja de que para aplicacionesmuy pequeñas aceptan una gama de revolucio-nes muy amplia, lo Que evita en los diseños do-mésticos todo tipo de regulación. En relación conlos alternadores, las dinamos son mucho más pe-sadasynecesitanademás,unmantenimientoy vigi-lancia continuos de las escobillas y los colecto-res.

Para instalaciones de potencia superior a los 3Kw, lo más frecuente es recurrir al uso de alterna-dores. Sin embargo, llegados a este punto sehace necesario el establecer varios criterios deelección.

Generadores síncrono ,La parte magnética tiene como función el crear

un campo magnético radial y canalizar el flujo ha-cia la parte fija Que es el inducido.

El inductor, Que crea el campo magnético, estáconstituido por el eje de la turbina. Este rotor eSpor regla general un imán permanente, lo cualpresenta la ventaja de que se suprimen escobillasy colectores al igual que su mantenimiento.

El inducido, en el cual se recupera laenergia,es el estátor.

Venlono.01 coleclorr escobillo. Bobino

¡ndudora

Armadura

Despiece de una dinamo

estáticos de diodos con la misma finalidad.El arranque se fectúa en asincrono, y cuando la

velocidad se aproxima al sincronismo, se alimen-ta el circuito inductor en continuo y el motor se si-túa en velocidad de sincronismo.

El sistema de excitación se completa con un re-gulador automático de tensión que la mantieneconstante, haciendo variar la corriente de excita-ción según las necesidades en energía reactivade la red.

Los generadores síncronos se utilizan preferen-temente en la alimentación de pequeñas redesautónomas.

Para obtener una frecuencia determinada, lavelocidad del alternador debe ser rigurosamenteconstante, de ahl el nombre de generador sincro-no.

El periodo de la corriente inducida representael tiempo empleado por un polo Norte en rempla-zar a otro precedente del mismo signo. Siguiendoel número de pares de polos, la velocidad (N) derotación del alternador deberá ser, para obteneruna frecuencia de 50 Hz, de:1 par: N - 3000 r.p.m.2 pares: N - 1500 r.p.rn.3 pares: N - 1000 r.p.rn.

Los polos inductores necesitan una alimenta-ción de corriente continua, ésta puede estarconstituida por una excitación montada en el ex-tremo del eje. La excitatriz es una dinamo quegira a la misma velocidad que el rotor del alterna-dor. En otros casos también se emplean sistemas

Generadores asíncronosSe utilizan preferentemente cuando la central

está conectada a una red potente, aunque ello noexcluye su empleo en redes aisladas.. Los generadores asíncronos absorven en elarranque una potencia reactiva importante, lo queconlleva una caida de tensión y un reducción im-portante del par de arranque. Esta potencia serácubierta por la red, por lo que la instalación debeestar dotada de una bateria de condensadores.La velocidad y la tensión en este caso están man-tenidas por la red.

La mejora del cos . de la instalación medianteel empleo de condensadores permite disminuirlas pérdidas debidas al efecto Joule y las caidasde tensión, así como mejorar el par de arranquede las máquinas y reducir los efectos negativosdebidos al consumo de energía reactiva.

En comparación con los generadores síncro-!'lOS, los asíncronos son más simples, robustos ysobre todo más económicos. Para pequeñas po-tencias e instalaciones de bajo costo deberemosrecurrir, en la medida de lo posible, al empleo deeste tipo de generadores.

Regulación

Los motores y aplicaciones eléctricas requierenpor lo general una frecuencia y un voltaje estable.Pero para que un alternador pueda suministrar lacorriente a una determinada frecuencia y voltajees necesario que la velccidad de giro de la turbi-na se mantenga dentro de unos limites bastanteprecisos.

Ahora bien, en muchas instalaciones hidroeléc-tricas pueden producirse variaciones apreciablesde carga, variando igualmente, en el caso de sis-temas aislados, la demanda de potencia. Se hacepues necesario el empleo de dispositivos regula-dores de la turbina.

Esta regulación puede realizarse básicamentemediante procedimientos mecánicos o electróni-cos. Un procedimiento mecánico usual se basaen aumentar la inercia-de las masas en giro utili-zando volantes de inercia. El volante es scctona-do por el e:d de la turbina y controla su velocidad.Toda variación de velocidad provoca la accióndel volante en el sentido corrector deseado. Estemovimiento se amplifica hidráuliéamente y accio-na un servomotor que a su vez regula el dlsposltl.vO de admisión de la turbina, variando la carga ymanteniendo la velocidad original. En las aplica- _ciones más sencillas, como el ejemplo más sim-ple de turbina Banki, esta regulación se efectúa

Regulador de circuito hidráulico (aceite)República Popular China .

---------------------------------------------------------------

REGULADOR R

.---- -j' diodos etectrorur-itntcos - N'-_ y triacs

«>::: ...........•......

l?ir turbina

multiplicador Ir

..

•I I

batería deresistencias

I I2

ge~erador :>~:•manualmente.

Los sistemas de regulación electrónica de ab-sorción de energia son también muy utilizados.En este caso el grupo mantiene constantementesu potencia nominal y, gracias a un balance elec-trónico, el excedente de potencia resultante de ladiferencia entre la producida y la demandada porla red se disipa mediante resistencias o bien fre-nos hidráulicos o eléctricos. Cuando la energiasobrepasa un humbral, la frecuencia tiende acaer, los diodos analizan esta caida con relacióna los datos de referencia y ponen en acción lasresistencias. Muchas firmas como Neyrpic utilizanun freno dotado de un circuito de refrigeraciónpara disipar este excedente.

Multiplicadores

Por regla general, la velocidad de rotación dela turbina no se adapta a la requerida por el ge-nerador, por lo que debemos emplear dispositi-vos de multiplicación del número de vueltas de laturbina.

Sistema de transmisión por correas. Es un siste-ma simple y fiable, que multiplica la velocidad derotación con relación a los diámetros de las po-leas utilizadas. Es el sistema que normalmente

. encontramos en las antigüas instalaciones rnlcro-hidráulicas. Se recomienda para aplicaciones ar-tesanales, sobre todo cuando la elección o bús-queda del generador se hace dificil. Tengamosen cuenta, que al igual que en los aerogenerado-res, la elección del multiplicador puede ser deter-minante en el diseño de la instalación.Multiplicadores de engranajes. Normalmente seencuentran en el mercado como reductores. Secomercializan pocos multiplicadores y para -apll-

caciones muy especificas, por lo que podemosaprovechar la amplia gama de reductores invir-tiendo el sentido de uso. Los reductores no sonm~ caros, pero su elección debe ser lo más me-ticulosa posible, incluso se recomienda que el di-seño de una instalación comienze por la eleccióndel.rnultlplicador.

Suministro

En el caso de utilización privada la tensióndebe ajustarse lógicamente a la disponible a lasalida de la microcentral, en el caso de los equi-pos comerciales, éstos se suministran indistinta-mente a 220 V Y 380 V, según las necesidades, ymuy ocasionalmente en continua.

Es importante resaltar que en el caso de quelos puntos de censu-ro se encuentren alejadosde la microcentral y tratándose de sistemas aisla-dos, las pérdidas de tensión pueden ser impor-tantes.

La caida de tensión U puede obtenerse de lasiguiente manera:

U - n.(R.I) siendo R - . l/sI - longitud del cable entre' el generador y el lugar

de utilización.s - sección del cable en m2

= resistividad del material utilizadocobre: 1,8.10-8, maluminio: 2,7.10-8, m

I - intensidad nominal en amperiosn = número de conductores según sea mono o tri-

fásico.

Cuando se trata de sistemas ailados, y particu-larmente en el caso en que el caudal sufra varia-ciones importantes a lo largo del año corriendo elpeligro de desabastecimiento, se hace necesariopensar en una fuente auxiliar: aerogeneradores,grupos diesel, etc.

Cuando las dos fuentes están previstas parasuministrar electricidad a una red aislada, debe-

mos preveer el equipo necesario:- una turbina con regulación de velocidad que su-ministre una calidad de frecuencia análoga al gru-po de apoyo.- un generador con regulador de tensión, de ma-nera que las tensiones respectivas de las dosfuentes sean idénticas.

En instalaciones de potencia muy pequeñapuede' pensarse en el acoplamiento directo a ni-vel de alternador de un pequeño motor de gasoli-na o fue!. En el mercado se encuentran disponi-bles y a buen precio una gran cantidad de gruposelectrógenos equipados con alternadores o dina-mos. Algunos están provistos de un sistema detransmisión de correas trapezoidales que permi-ten una sencilla conexión con el motor hidráulico,manteniendo el motor auxiliar como sistema deapoyo. .La potencia de estos grupos varia entre500 W y 2.500 W.

I Transmisión y ecootemiento mediante,cadena

Transmisión. Tipos de engranajes.

Cálculo ~el caudal y la alturade un salto de agua

A lo largo de los capítulos precedentes hemosdado por conocidos el caudal y la altura del salto.Sin embargo, son éstos los primeros factores quetendremos que determinar a la hora de instalar Unsistema de aprovechamiento hidráulico.

Por caudal entendemos la cantidad de aguadisponible en un momento determinado, por re-gia general se expresa en litros/segundo ó enm3/segundo. Por altura del salto se denomina ala diferencia de cota entre el nivel superior delagua (superficie del arroyo o presa) y el punto deuso (turbina, rueda, ariete, etc.).

<t~f~~-----

ESCALA O SIMILAR

Altura del salto- ------- -- - -- --- - - ~- - -~~~~

Hay varios métodos para medir la altura de unsalto, variables según la complejidad y la exacti-tud de los resultados. Describiremos someramen-te los más usuales:

Uso de planimetríaSi disponemos de una planimetria a una escalamuy detallada (por ejemplo 1:1000) podremoshacrnos un cálculo inicial de la magnitud del sal-to. Esta primera aproximación sólo seria válida eneste caso, para saltos superiores a los 50 metrosy con conducciones de una cierta longitud.

Fotografia aéreaEl procedimiento fotográfico nos da excelentesresultados para situaciones similares a las descri-tas en el anterior apartado. Tiene, sin embargo, elinconveniente de que la fotointerpretación es unatécnica relativamente complicada que requiere laparticipación de un experto.

A

Altímetro de bolsilloPara saltos de gran altura es un procedimientobastante sencillo y barato. El inconveniente radi-ca en que las medidas no son excesivamente fia-bles.

Nivel de agrimensorSi se dispone de un nivel de agrimensor y se co-noce su manejo es el método más fiable que po-demos emplear. Es fundamental aplicar este sis-tema de medición para saltos inferiores a 15 me-tros. En caso de no disponer de un agrimensor sesugiere emplear el método siguiente, más senci-llo y barato.

Nivel de carpinteríaEn la figura adjunta se muestra el procedimientoa seguir para calcular la altura del salto con laayuda de un simple nivel de carpintero. Esta me-dición es menos exacta que con un agrimensor,

NIVEL INFERIORlocalización de la turbina

Medida del salto con la ayuda de un nivel de carpintero

pero bastante fiable para- los fines que pretende-mos. El único elemento auxiliar, además del nivel,es una escala lo suficientemente larga para reali-zar las mediciones sucesivas.

Medida del caudal

Lo más frecuente es que el caudal que aportaun curso de agua sufra sensibles variaciones a lolargo del año. Según el tipo de aplicación, estehecho puede tener una influencia decisiva. Si setrata de aplicaciones mecánicas, ruedas porejemplo, las variaciones de caudal sólo influiránen la cantidad de trabajo obtenido en cada épo-ca. Pero si el salto se emplea para la producciónde electricidad y muy especialmente para moveralternadores, las variaciones de caudal en la con-ducción deben ser minimas. Por todo ello, lo máspráctico es el realizar varias mediciones a lo lar-

Método de la esclusa

90 del año y optar como medida para el diseño elcaudal mínimo medido.

Según las caracteristicas del curso de agua,existen varios métodos para determinar el caudal.

Método del depósitoCuando se trata de cursos de agua muy peque-

ños, el método a emplear es bien sencillo. Canali-zamos el agua mediante una pequeña acequia otubería que desemboque en un depósito apropia-do del cual conocemos su capacidad en litros.No hay más que esperar a que se llene el depósi-to y medir el tiempo transcurrido en la operación.El caudal se calcula dividiendo el volumen por eltiempo transcurrido:

C-VITdondeV - volumen del depósito en litrosT - Tiempo en segundos

Método de la esclusaEste procedimiento se emplea para caudales

superiores a los 20 litros/segundo donde dlspo-

ner de un depósito adecuado es muy complica-do. También se utiliza en cursos rápidos y depoca profundidad donde el método del flotadorse haria bastante engorroso e ineficaz.

La dificultad de este método radica en que esnecesario construir una represa, ya sea de obra osi es provisional para la medida, de madera. En el

/ caso en que esta sea necesaria para la regula-ción del caudal, se aprovecha la obra para fijar lamedida por este procedimiento.

H. 1Icros/ H litros! En la parte central se fijará o reservará unaI rneuos •••• .......01 •••• abertura rectangular, con la condición de que los0.01 1.8 0.40 448 bordes sean agudos, formando un ángulo de 45'0.02 5 0.41 455 con el plano perpendicular a la represa. A una0.03 9.3 0.41 482

cierta distancia, tal y como se indica en la fig.ura,0.04 14 0.43 500

0.05 20 0.44 517 situaremos una estaca graduada con el fin de0.06 16 0.45 535 medir la altura del rebose sobre la abertura.0.07 33 0.48 553

Como el lecho del curso de agua suele ser varia-0.08 40 0.47 571009 48.6 0.48 5.9 ble, el punto Ode la graduación de la estaca se0.1 56 0.49 808 determinará previamente con la ayuda de un nivel0.11 65 0.50 628

de carpintero.0.12 74 0.51 884QI3 83 0.54 703 De esta manera, conocida la anchura (W) de la0.14 93 0.58 741 abertura y la altura (h) del rebose nos vamos a0.15 103 0.5& 7830.18 113 0.80 813 las tablas adjuntas que nos darán el caudal en0.17 124 082 885 l/s. En este caso se han reproducido las tablas0.\1 135 0.84 907 sólo para el caso en que la abertura tenga 1 m de0.19 147 0.8S 9SO0.20 158 o.ea 994 ancho. Pero si ésta tiene una medida distinta, ob-0.21 170 0.70 1038 tendremos el caudal mediante la expresión:0.12 183 0.12 1082 C-TxW0.23 195 0.74 11280.24 708 0.78 1174 siendo:0.25 221 0.78 1221 C - Caudal en l/s0.26 235 O.SO 1288 T - Caudal según la tabla para la altura h medida0.27 249 0.'2 13180.28 283 . 0.84 1384 W - Ancho de la abertura en metros0.29 277 0.88 14130.30 291 0.81 1483 Método del flotador0.31 308 0.90 15130.32 321 0.92 IS83 En el caso en que la corriente no sea muy tur-0.33 338 0.95 1840 bulenta y posea una cierta profundidad, el rnéto.0.34 351 O,. 1718 do más sencillo es el del flotador.0.35 387 1.00 17740.38 383 1.25 2418 El principio es sencillo, consiste en calcular el0.37 399 1.50 3225 área de la sección del curso de agua y medir la0.38 41i 1.75 4101 velocidad de éste con lo que tenemos los datos0.39 432 2.00 . 5011

necesarios para conocer el caudal....• Conviene realizar dos mediciones, con una dis-tancia de unos 10 metros de diferencia, para ob-tener una respuesta más fiable. Para hallar elárea de la escción nos ayudaremos, tal como se

muestra en la figura, de un nivel de carpintero,una escala y de una tabla sólida donde hemospracticado previamente 10 muescas (variable se-gún el ancho del curso) equidistantes. Tomare-mos luego las diez medidas de profundidad yobtendremos al área mediante la expresión:

Area - Ancho del curso x Ddonde:

siendo:di - medida de la profundidad en cada muescan-en nuestro caso es 10

Esta operación la repetiremos en las dos sec-ciones prefijadas y hallaremos la media. Es im-portante tener en cuenta de que las seccionesdeben trazarse lo más perpendicular posible alcurso de agua.

Una vez realizada esta medición, se marcan lasdos secciones con cordeles de un extremo a otrode la corriente y se deposita un flotador a partirdel primero midiendo el tiempo (T) en segundosque tarda en alcanzar el otro cordel. Repetir estaoperación varias veces para obtener mayor fiabi-lidad, y procurar depositar el flotador en la mitaddel curso de agua. Dividiendo la distancia entrelas secciones por el tiempo medido obtendremosla velocidad superficial del agua.

Con estos datos ya podemos calcular el cau-dal que vendra determinado por la siguiente fór-mula:

C- .8xAxVsiendo:C - CaudalA - Area mediaV - Velocidad supodel aguaSe aplica el coeficiente .8 debido a que la veloci-dad del agua en la orillas y el fondo del cauce esmenor que en el centro.

Si hemos tomado todas las medidas en metroses necesario multiplicar el resultado por 1000para expresarlo en l/s.

STATION 1

//

Método del flotador. Secciones paralelas.

nivelar la tabla

10 rnuescas equidistantes

di medida profundidad

Método del flotadorMedida de la sección del curso de agua

Bibliografía

La bibliografia Que presentamos consta dedos apartados. Una primera sección Que com-prende las publicaciones más usuales sobre lamicro-hidráulica, incluyendo la dirección del edi-tor. En la mayoria de los casos se trata de textosbastante accesibles. En el segundo apartado dereferencias bibliográficas es importante reseñarQue la mayoria de los documentos se puedenconseguir a través de organismos oficiales o in-ternacionales o bien consultando con el listadode direcciones de centros de documentación.

En castellano:

Energía hidráulica y eólica practicaJuan Ignacio y Sebastián Urquia LusEspronceda 8 - 1·Tafalla- NAVARRA

Energías alternativas renovablesFrancisco Jarabo - J. Fernández GonzálezSecretariado de PublicacionesUniversidad de La LagunaSANTA CRUZ DE TENERIFE

Programa regional SHPSOLADE(Ver centros de documentación)

Empleo de la Micro-hidráulica, en América Latina

OLADE(Ver centros de documentación)

Microcentrales HydrauliquesGRET30, rue de Charonne, 75011 ParisFRANCIA

Kleine waterkrachtcentralesA. VisserTOOL publicationsMauritskade 61 a1092 AD AmsterdamHOLANDA

Micro-Hydro: Technical. Papers 1R. HollandIntermediate Technology9 King Street, London WC2E 8HWINGLATERRA

The Banki Water TurbineSchool of EngineeringOregon State University219 Covell HallCorvallis, Oregon 97331USA

A Design Manual for Water WheelsW. G. OwensVITA3706 Rhode Island AvenueMt. Rainer, Maryland 20822USA

Energy PrimerPortola Institute558 Santa Cruz AvenueMenlo Park, California 94025USA

Low-Cost Development of SmallWater-Power SitesH. W. HammVITA3706 Rhode Island AvenueMt. Rainier, Maryland 20822USA

Detailed Construction Drawings of a CrossFlow Turbine (Banki) for Heads from 4 to 40Meters and a Power Outpout from 5 to 50 kwU. MeierSwiss Center for Appropriate Technology (SKAT)Varnbuelstrasse 14CH - 9000 St. GallSUIZA

Manual for theDesign of a Simple MechanicalWatet-Hydraulic Speed GovemorU. MeierSwiss Center for Appropriate Technology (SKAT)Varnbuelstrasse 14CH - 9000 St. GallSUIZA-•••••• Design of Small Water Tuerbines for Farmsand Small CommunitiesMohammad DuraliTechnology Adaptation ProgramRoom 39-523Massachussets Institute of ThecnologyCambridge - Massachusetts 02139USA

-

[~

- Small Earth DamsLloyd BrownU.S. Dept. of Agriculturepublicación n' 2867USA

The Power GuideA Catalogue of Small Scale Power EquipmentPeter FraenkelIntermediate Technology Publication9 King StreetLondon WC2E 8HNINGLATERRA

Cloudburst, Vic Marks

Cloudburst PressBox 79 - Brackendale, B.C.CANADA

Overshot and Current Water WheelsO. Monson - H. HiIIMontana Agricultural Experiment StationMontana State UniversityBozeman - Montana 59717USA

Water Power for the FarmO. Monson - A. HiIIMontana State UniversityUSA

Hamesing Water Power for Home EnergyDermot McGuiganGarden Way Publishing Co.Charlotte - Vermont 05445USA

Hidroelectric PowerIndependent Power Developers (IPD)Route 3 - Box 174 HSandpoint - Idaho 83864USA

A Pelton Micro-Hydro Prototype DesignAl/en R. InversinAppropriate Technology Development UnitP.O. Box 793 - LaepapuaNUEVA GUINEA

Development of Equipment for HamessingHydro Power on a Small ScaleUeli MeierBalaju Yantra Shala Pvt. Ud.P.O. Box 209 - BalajuKathmanduNEPAL

Handbook of Applied HydraulicsC. V. Davis - KE SorensonMcGraw-Hill Book Company330 W. 42nd St.New York, NY 10036USA

Hamessing Water Power on a Small Scale:The Example ofDevelopment Work by BalajuYantra Shala (BYS) NepalU. MeierSwiss Center for Appropriate Technology (SKAT)Varnbuelstrasse 14CH - 9000 St. GallSUIZA

Windmills and WatermillsJohn Reynolds111 Fourth Ave.New York, NY 10003USA

Other Homes and GarbageJ. Leckie, G. Masters, H. Whitehouse y L. YoungSierra Club BooksSan Francisco, CaliforniaUSA

Use of Weirs & Flumes in Stream Gaugin:Technical Note No. 117World Meteorological OrganizationPublications CenterP.O. Box 483New York, N.Y. 10016USA

Water Measurement ManualBureau of ReclamationSuperintendent of DocumentsU.S. Government Printing OfficeWashington, D.C. 20402USA

Small Earth Dams: Circular 467L.N. BrownCalifornia Agricultural Extension90 University HallUniversity of CaliforniaBerkeley, California 94720USA

Rife Rams - a Manual of InformationRife Hydraulic Engine Manufacturing Co.Box 367, Millburn, New JerseyUSA

Blake HydramsJohn Blake Ud.P.O. Box 43, Royal WorksAccrington, Lancashire, BB5 5LPINGLATERRA

Hydraulic Rams, their principIesand constructionJ. Wright ClarkeB.T. Botsford, 94 High Holborn, LondresINGLATERRA

Referencias bibliográficas

Discharge Measurernent at Gaging StationsBuchanan & Somers - 1969

BYS Crosss-Flow Turbine. Project Des. and ManualC. AdamKathmandu 1974

Study for the Electrification of the ChialsaHandycraft CenterC. AdamKathmandu 1974

Agricultural Developrnent Bank Nepal.Lift Irrigation Project for the Developrnent ofBhorletar AreaADB/NKathmandu 1978

Micro-H ydropwer.Reviewing and old ConceptA/ward, R. et al.OOEWashington O.C. - 1979

,Energy Supply and Econornic Developrnentin East AfricaH. AmannWeltforum Verlag - Munich 1969

Diplornarbeit: DurchstromturbineA. ArterZurich - 1980

Appropriate Technology Developrnent inEast Africa, 12th six-rnonthly ReportATDOIslamabad - 1980

Vorlaufige Mitteilung uber die ausgenutztenWasserkrafte der SchweizW.E. BossardAbteilung für LandeshydrographyeBerna - 1914

Versuch einer Klassification der Flüsse und Strorneder erde nach wasserwirtschaftlichenG. BrenkenKarlsruhe - 1959

Hydro-Electric Handbookw.P. Creager & J.D. JustinJohn Wiley & Sons - Nueva York 1927

Ein Beitrag zur Energieversorgung inEntwicklungslandemH.G.DilloUniversidad de Hannover - 1980

Centros de Documentación

En este apartado señalamos aquellos grupos uorganizaciones cuyo ámbito de trabajo es el delas energias renovables y que especificamentetratan la micro-hidráulica.

En general se trata de colectivos u organizacio-nes no comerciles que informan gratuitamente Oa precios de publicación muy asequibles. Enotros casos se trata de centros de investigaciónorientados al asesoramiento y promoción de lastecnologías apropiadas.

VITAVolunters in Technical Assistance3706 Rhode Island AvenueMt. Rainier, Maryland 20822uSAATDAAppropriate Technology DevelopmentAssociationP.O. Box 311, Gandhi BhawanLucknow 226001INDIA

ADBINAgricultural Development BankPutali SadakKathmanduINDIA

GATEGerman Appropriate Technology ExchangeDag Hammerskj6ld-Weg 16236 EschbornALEMANIA FEDERAL

GRETGroupe de Recherche et d'EchangeTechnologiques34, rue Dumont-d'Urville75116 ParisFRANCIA

HELVETASSt. Moritz Strasse 158042 ZurichSUIZA

ATDOAppropriate Technology Development Org.1-B, 47th Street, F-7/1IslamabadPAKISTAN

DIANDESAAppropriate Technology OrganisationJalan Kaliurang km7Juruskari, P.O. Box 19, BulaksumurYojjakartaINDONESIA

ETHZInstitute for Fluid-TechnologySonneggstr. 38092 ZurichSUIZA

DEHDirectorate for Development Co-operationand Humanitarian AidEigerstrasse 733003 BernaSUIZA

OLADEOrganización Latinoamericana de EnergíaCasilla 119-aQuitoECUADOR

SKATSwiss Center for Appropriate TechnologyVarnbüelstrasse 149000 St. GallSUIZA

SPATFSouth Pacific Appropriate Technology Found,P.O. Box 6937Boroko - PapuaNUEVA GUINEA

THEThecnical University of EindhovenDen Dolech 2Postbus 5135600 MB EindhovenDINAMARCA

UMNUnited Mission to NepalThapathaliKathmanduNEPAL

NRECANational Rural Electric Co-operativeAssociation1800 Massachusetts Avenue, NW.Washington, D.C. 20036USA

RCTTRegional Centre for the Transferof TechnologyManickveen Mansions, Box 11549 Palace roadBangalore 560052INDIA

RECASTResearch Centre for Applied Scienceand TechnologyTribhuvan UniversityKirtipur CampusKathmanduNEPAL

SATASwiss Association for Thecnical AssistanceP.O.Box113KathmanduNEPAL

SHDBSmall Hydel Development BoardBagh BazaarKathmanduNEPAL

UNIDOUnited Nations Development OrganisationLerchenfeldstrasse 1P.O. Box 7071011 VlenaAUSTRIA

ITINTECDivisión de EnergíaApartado 145LimaPERU

ITBInstitute of Technology BandungDepartament Mesin .Jalan Ganesha 10BandungINDONESIA

ITDGIntermediate Technology Development Group9 King StreetLondon WC2E 8HNINGLATERRA

ITISIntermediate Technology Industrial Services3rd floor Mayson House, Railway TerraceRugby, CV21 3HTINGLATERRA

NEANational Energy Administration of ThailanPembultan Villa, Yo seBangkok 5TAILANDIA

NERD-CentreNational Engineering Researchand Development CentreEkala Ja ElaSRI LANKA

Hydrologic Studies for Hydropower AssessmentJ.S. GladwellNRECA - Small Hydroelectric Power Plants

Twbines: Pelton Wheel GovemorsJ.L. GuerreroVITA

Energy Resowces: Availavility and Rational UseL. Grainger .A Digest lor the 10th World Energy Conlerenc"eScience and Technology Press - Nueva York -1978

Mean Velocity of Flow of Water in open ChannelsH.R. GrummannSI. Louis - 1928

The Cross-Plow TwbineL.A HaimerlRev. «Water Power» - Enero 1960

Elektrische Energie aus kleinen WasserkrliftenK. HamerakRev. «Technlca» - N·5 . 1966

Exploiting Mini-Hydropower Stations for RuralDevelopment in TanzaniaM.G. Hassanaly & R. ReichelDar es Salaam - 1979

Manual Calculation of Check DamsB. HillerKathmandu - 1979

Energy for Developing CountriesJ. Howe et al.Report to the Rokeleller Foundation - 1977

Hydraulics and Fluid MechanicsJagdish LalMetropolitan Book Co. - Nueva Deli

Hydroelectric Power: Rural ElectrificationH. KuntzGATE

Electrical Low Tension InstallationsH.R. LausseletKathmandu - 1977

HydropowerA MacKillopWadebridge - 1975

Small and Micro Hydroelectric Power PlantsR. NoyesR. Noyes Editor - New Yersey -1980

Foundation EngineeringR.B. Peck et al.Wiley & Sons - Londres - 1974

Study on an Electronic Load ControllerA PittetEPFL - Lausana - 1978

The Design of Rural Energy CentresAK.N. ReddyRev. «Rural Technology» - Bangalore -1980

Report on Study Tour on Water ResourcesDevelopment in ChinaSATAlUMNKathmandu -1981

Small Water Turbine, Instruction ManualH. Scheurer, R. Metzler & B. YoderGATE - Eschborn - 1980

China's EnergyV.Smil

Gabions for Hydraulic StructuresP. Stern et al.Rev. «Appropriate Technology,.Londres -1981

Electric Power in Asia and the Far EastNaciones UnidasECAFE - Bangkok - 1957

Proceedings of Regional Serninar on EnergyResources and Electric Power DevelopmentNaciones UnidasECAFE - Bangkok - 1962

Report du Groupe Technique de l'Energie Hydr.Naciones UniaesUNCNRSE Secretariado - Nueva York -1981

WasserbauD. Vischer & A HuberSpringer Verlag - Berlin - 1979

The Planning, Installation and Maintenance ofLow-Voltage Rural Electrification SystemsVITA

Water-Driven Prime MoversP.N. WilsonVITA

The Automatic Hydraulic RamJ. KrolPROC.I.MECH.E., 1951 - vol. 164

The Hydraulic RamN.G. CalverlRev. THE ENGINEER- Abril, 1957

Drive Pipe of Hydraulic RamN.G. CalverlRev. THE ENGINEER- Diciembre, 1958

The Hydraulic Ram for Rival Water SupplyF. MolyneuxRev. FLUID HANDLING - Octubre 1960

An Innovation in Water Ram Pumps for Domesticand Irrigation UseP.D. Stevens-Guille

. Rev. APPROPRIATE TECHNOLOGY - Mayo 1978

GUlA DE FABRICANTES

ALUS-CHALMERSHydro-Turbine DivisionBox 712YorkPennsylvania 17405U.S.A.

Esta empresa construye una gran gama de tur-binas para saltos hasta los 15 metros. Sonturbinas de hélice de eje horizontal, fabricandopara potencias comprendidas entre los 50 y los50.000 Kw.

AB BOFORS-NOHABs-46101 TrollhattanSuecia

Fabrica turbinas de eje vertical con potenciascomprendidas entre los 100 Y los 2000 Kw. Diá-metros del rotar entre 7000 y 2000 mm para sal-tos que varian de 5 a 25 metros. El sistema se su-ministra completo con el alternador.

BRIAUS.A.B.P.4337009 Tours CedexFrancia

Construye turbinas con un rango de potenciaentre 5 y 50 Kw. Estas son del tipo Francis o dehélice según la altura del salto.Las características de trabajo más destacadasson:Alturas: entre 2 y 20 metrosCaudales: entre 200 y 4000 l/sLa potencia estimada para estos sistemas se su-ministra con la siguiente expresión:

P [Kw] = 5.5 x Q[I/s] x A[m] / 1000

Las turbinas llevar incorporado un reguladorautomático de vueltas del alternador trifásico, 500V, para 50 Ó 60 Hz..r>.

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-L-_ -r1,f-=-,_- ~D-

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JAMES LEFFEL & COMPANYSpringfieldOhio 45501USA

Empresa fundada en 1862. Fabrica turbinas deeje vertical y horizontal, cubriendo todos los ran-gos de potencia hidráulica.

Existen dos lineas de fabricación: Hoppes Hy-dro-electric y Sampson. La primera serie suminis-tra el equipo completo de generador y turbina. Enel espacio de las aplicaciones que nos interesanresaltamos el rango de aplicaciones:Potencia: desde 0.5 a 10 KwAltura: de 2.5 a 4 metrosCaudal: de 3 a 10 m3/m

GILBERT GILKES & GORDON LTD.KendalCumbria LA9 7BZInglaterra

Con más de 100 es uno de los fabricantes másantigüos de turbinas.

Dentro de la microhidráulica la variedad de ti-pos es muy amplia:Serie HydecTurbinas Turgo de bajo costo.Variación del salto: entre 10 Y 100 m.Potencias: 10, 25 Y so kw.

Turbinas FrancisDotadas de control de presiónPotencias: 15 a 30 kwVariación de altura: de 7.5 a 60 metros

Turbinas PeltanOperan con presiones comprendidas entre 2 y 10bar.Están disponibles para potencias comprendidasentre 100 watios y 29 kw.

KARLST ADS MEKANISKA WERKST ADFack. s-681 01KristinehamnSuecia

Cubren toda la gama de turbinas de hélice. Lascaracteristicas más significativas de sus turbinasson las siguientes: Diámetro del rotor: 0.7, 0.9,1.15 Y 1.5 mAltura del salto: de 4 a 25 mCaudal: de 1 a 15 m3/sPotencia: entre 50 y 1/800 kw

LEROY - SOMMERHydrolec16015 AngoulemeFrancia

Se trata de la compañia francesa que más di-rectamente se ha embarcado en el desarrollo co-mercial de microcentrales. Tras una larga expe-riencia en centrales de alta potencia ha traslada-do su experiencia a pequeñas centrales de hélicecon potencias comprendidas entre 2 y 38 Kw.Rango de aplicación:Caudal: de 60 a 2.700 l/sAltura: de 1 a 25 metros

INDEPENDENT POWER DEVELOPERSINC.Box 1467NoxotonMontana 59853USA

La actividad de este fabricante en energias re-novables se extiende desde la hidráulica hastalos aerogeneradores.

En el campo de las pequeñas turbinas trabajanbásicamente dos modelos de turbina. Una Peltonpara saltos con un minimo de 20 metros y conpotencias comprendidas entre los 200 y los 2.000watios. Para saltos comprendidos entre los 2 ylos 20 metros dispone de turbinas de hélice.

Los sistemas están diseñados para trabajar encorriente continua con el apoyo de un banco debaterías y provistos de un convertidor.

JYOTILIMITEDIndustrial AreaP.O. Chemical IndustriesBaroda 390 003India

Combina la producción de pequeñas turbinascon grandes grupos.Modelos:Turbina Francis de eje vertical (5 Kw)Atura: 3-12 metros / Caudal: 205 a 73 l/sTurbina Francis de eje vertical (10 Kw)Altura: 6-12 metros / Caudal: 256 a 133 l/sTurbine Turgo de lanzadera horizontal (25 Kw)Altura: 60 y 130 metros / Caudal: 70 y 31 l/s

EV ANS ENGINEERINGLand & Leisure (Services) Ltd.Priory Lane - StoThomasLaunceston PL15 8DQInglaterra

Esta empresa está especializada en instrumen-tos de control para aplicaciones en microhidráuli-ea.

También fabrica arietes y elementos para rue-das hidráulicas. Especializada en estudios dereacondicionamiento de pequeñas centrales.

ECOWATTVia Vaie 4210050 S. AntonioTorinoItalia

Construye especificamente centrales de peque-ña potencia (entre 50 w y 25 Kw) con regulaciónautomática.

Las Turbinas empleadas son de tipo Pelton conla particularidad de que están provistas de 6 lan-zaderas. Las microcentrales se suministran con elgenerador eléctrico, sistema electrónico de regu-lación para mantener constante la tensión y la fre-cuencia y resistencia para recuperar la energiano utilizada en forma de agua caliente.Altura: entre 10 y 160 metrosCaudal: entre 0.2 y 69 l/s

1. Carcasa2. Guias fijas3. Rotor4. Cojinetes5. Cubierta de boquilla6. Válvula de entrada de aire7. Desagüe

OSSBERGER - TURBINENFABRIK0-8832 WeissenbergPostfach 425BayemRFA

Han sido durante mucho tiempo casi los únicosy más antiguos fabricantes de turbinas tipo Mi-chell (8anki). Las turbinas se suministran dotadasde un sistema de control de carga.En aplicaciones micra y mini la gama es arnplisi-rna, con un alto grado de adaptabilidad:Potencia: desde 1 a 1.000 KwSalto: desde 3 a 240 metrosCaudal: desde 30 l/s hasta 7 m3/s

MACHINENFABRIK KOSSLER GmbHA-31S 1 StoPoltenStoGeorgenAustria

Esta firma está especializada en la fabricaciónde turbinas Francis y Kaplan.En aplicaciones micra sus especificaciones son:12 Kw a 20 metros y con un caudal de 70 l/shasta1.250 Kw a 100 metros y con un caudal de 1270l/sVienen provistas de alternadores con sistema deconexión a la red (400/231 V 50 Hz).

•

r-;:-_ .... _._ ...

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CANYON INDUSTRIES5346 Mosquito Lake RoadDemingWashington 98244U.S.A.

Han desarrollado un sistema a pequeña escaladenominado «Hydrornlte». La turbina con la di-namo incorporada se conecta muy fácilmente aun tobo de PVC/ABS standard de 10 cm.

Trabaja acoplado a un sistema de baterias, ysus rasgos generales son los siguientes:Alturas: 24 a 10.4 metrosCaudal: entre 0.6 y 1 m3/minutoPotencia generada: de 50 a 750 watios

El sistema completo sin las baterias sólo pesa22 Kg.

SMALL HYDROELECTRIC SYSTEMSP.O. Box 124CusterWashington 98240U.S.A.

Fabrican sistemas de impulsión, fundamental-mente turbinas Pelton.

Potencias comprendidas entre los 5 y 25 Kw,para saltos entre 15 y 50 metros.

DREES & CO. GmbH4760 Werl/Westf.Postfach 43Alemania

Firma especializada en la construcción y mon-taje de microplantas hidroeléctricas. La gama de'tipos de turbinas incluyen sistemas Kaplan, Fran-cis espiral y Pelton.

WESTWARD MOULDINGS LTD.Greenhill WorksDelaware RoadGunnislakeCornwallInglaterra

Especializados en la construcción de ruedas hi-dráulicas de cangilones hechos de fibra de vidrio.

Poseen tres variantes de diámetros de 2.4, 4.8Y 6 metros.

Los datos generales son:

NORTHERN WATERPOWER INCP.O. Box 49HarrisvilleNew Hampshire 03450USA'NIAGARA WATERWHEELS LTD706East Main StreetWellandOntario UB 3Y4Canadá

Suministra 6 tipos de turbinas de hélice de ejehorizontal con potencias comprendidas entre 20y 300 Kw. .

La turbina trabaja con una alta velocidad espe-cifica del rotor. El flojo se controla mediante unservomotror que actúa sobre las guias radiales.

Las caracteristicas de caudal y altura son las si-guientes:Caudal: entre 0.3 y 3 m3/sAltura: desde 3 a 20 metros.

ELEKTRO GMBHStoGallerstrasse 278400WinterthurSuiza

Dispone de varios tipos de turbinas Pelton yFrancis según posibilidades'del caudal y altura.Las características generales de los modelos sonlas siguientes:Turbina PeltonAltura: 20-70 metros / Caudal: 0.5-2 l/s / Genera-dor: 50 a 400 wTurbina PeltonAltura: 40-120 metros / Caudal: 1-3 l/s / Genera-dor: 200 a 1.500 wTurbina FrancisAltura: 8-20 metros / Caudal: 10-30 l/s / Genera-dor: 500 a 2.000 wTurbina PeltonAltura: 100-200 metros / Caudal: 15-30 l/s / Ge-nerador: 10 a 25 Kw

FABRICANTES DE ARIETES

CECOCO CHUO BOEKIGOSHI KAISHAP.O. BoxIbarakiOsakafuJapón 567

. Fabrica más de 8 tipos de arietes hidráulicoscon capacidades de hasta 1.200 l/m. El desnivelminimo de trabajo es de 0.5 metros hasta 200metros.

JOHN BLAKE LTnRoyal WorksP.O.Box43Clayton-Ie-MoorsAccringtonLancs. BB5 5LPInglaterra

Se trata de una de las firmas con- más antigüe-dad y experiencia en el terreno de los arietes hi-dráulicos .

Caracteristicas:Caudal requerido según modelos: de 7 a 410 l/mDesnivel máximo de trabajo: entre 105 Y 150 me-tros

Turbina Pelton de principios de siglo

Ecotopía Ediciones

Colección Tecnologías AlternativasEL PODER DEL VIENTOJosep Puig, Conrad Meseguer, Miguel CabreManual práctico para conocer y aprovechar la fuerzadel viento

ENERGIAS LIBRESJ. Corominas, B. Commoner, D. Pacino, C. Marin...Introducción a las energías alternatlvas. Viento, metano,solar, eólica, estrategias energéticas ...

MEDICINAS BLANDAS - ANTIMEDICINAVarios autoresCatálogo de medicinas paralelas. Descripción y análisisde las técnicas blandas más relevantes en un conceptosanitario alternativo.

LA ENERGIA VERDE- EL BIO GASC. Marin - J. JaraboManual práctico sobre las técnicas energéticas deriva-das de la biomasa. Biometanización. Digestores. Recu-peración de residuos.

¿SABE USTEDQUE LE RECETAN?Alfredo EmbidEl mejor antivademecum al alcance de la mano. Losefectos perjudiciales de los medicamentos comerciales.Otra forma de entender la medicación.

MIEL Y PALMAAntonio Quintero - MarínTécnícas para la recuperación de una antigua tecnolo-gía. La extracción de la miel a partír de las palmeras.

Ecología y antimilitarismoDESOBEDIENCIA y DESARME - vicenc Fisas - PetraKelly ...ASTURIAS NEGRA - José Navazo GancedoVERTIDOSNUCLEARES- Embid y Marín

PEDIDOS A:

ECOTOPIA EDICIONESAPARTADO DE CORREOS 10824

38080 SANTA CRUZ DE TENERIFE

A Charo, Patricia y Danielpor su colaboración desinteresada:Alfonso del Val

Fotocomposición y diseño:ECOTOPIAGeneral Mola 35 - Tf. 23 05 10Santa Cruz de Tenerife

Impresión:GRAFICAS YURENASan CristóbalSanta Cruz de Tenerife

Fotomecénica:QUEIMADA

Dep. Legal Tf.633.1986I.S.B.N. 8~581:Hl9-X

INDICE

IntroducciónEl renacer de la autosuficienciahidroeléctrica. Alfonso del Val

Ruedas HidráulicasAtaque inferior. Rueda Poncelet.Ataque superior.

Turbinas de impulsiónPelton. Turgo. Banki ó ty1ichell.Detalle de dos modelos Michell.Propuesta de autoconstrucción.

Turbinas de r.acciónFrancis. De hélice. Kaplan.

Generadores para turbinasElección del tipo de generador·

Sistemas de controlVelocidad y conoexión.

Ariete HidráulicoPropuesta de autoconstrucción.

Medidas del caudal y la alturaDiversos métodos para dimensionarcorrectamente una instalaciónhidráulica.

Blblloarafí. y Doou •••• n•• olónIncluyendo direcciones y centros,Guía d. Fabrloant ••Incluyendo direcciones y característicasfundamentales de cada modelo.