Re-engineering of Pelton runner hydraulic cfd profile to systemize the Fabrication process in Software to include hydraulic tests design & manufacturing

Tesis Energía y Ambiente (maestría) - Instituto Tecnológico de Buenos Aires - Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe, 2020 Uno de los objetivos del Centro de Investigación y Recuperación de Turbinas hidráulicas y Partes Industriales (CIRT) que pertenece a un holding estatal llamado CORPORACIÓN ELÉCTRICA DEL ECUADOR - CELEC EP con la unidad de negocios Hidroagoyán, es la reparación y reconstrucción de turbinas y piezas de repuesto que forman parte de una central hidroeléctrica. La meta es remediar los defectos y desgastes ocasionados durante la operación y llevar los componentes a su estado nominal o bien, mejorar el perfil hidráulico para obtener un funcionamiento adecuado con menos fallas. Los rodetes recuperados del CIRT llegan de todas partes del país que se pueden clasificar por los tipos Kaplan, Francis y Pelton. La turbina Pelton, a pesar de ser una tecnología relativamente antigua, tiene un estado de investigación y comprensión del funcionamiento comparativamente bajo. Durante años el desarrollo de la turbina Pelton continuó y se logró mejorar el funcionamiento, siendo una de las turbinas hidráulicas más eficientes hoy en día. Sin embargo, la comprensión más profunda de los mecanismos de flujo durante la interacción del chorro con el cangilón todavía no se ha logrado, ya que se trata de un flujo complejo. Por causa de las complejidades se pueden realizar simulaciones con Dinámica de Fluidos Computacionales (CFD por sus siglas en inglés) sin embargo estas presentan dificultades tecnológicas y en algunos casos imprecisiones. Es por ello que hoy en día, aún se realizan los estudios acerca de la tecnología Pelton en un banco de pruebas que produce un costo alto y un tiempo de ensayos y estudios prolongado. En muchos de los casos los rodetes llegan al CIRT sin planos dimensionales o debido a la complejidad propia de su perfil hidráulico no se puede plasmar en un documento 2D, tal caso requiere el proceso de una ingeniería inversa; para automatizar, simplificar y reducir el tiempo del proceso de diseño, un programa para la sistematización del diseño fue desarrollado, lo cual ayuda en el proceso de la ingeniería inversa, como en el rediseño de rodetes fallados. Este programa aporta a la solución de la dificultad de la simulación de los cangilones, lo cual genera perfiles hidráulicos de cangilones Pelton con características deseadas de manera automática cuya ventaja principal es la creación de modelos simples y modificables de forma rápida para su uso en pruebas de flujo en CFD, con los cuales la obtención de resultados de la idoneidad del perfil y las dimensiones del cangilón es lograda. Los diseños virtuales de los cangilones de la central Pucará – Ecuador sirven como base de diseño del programa. En la evolución del trabajo un rango de buen funcionamiento de 15 a 20% de diferencia del tamaño entre Pucará y el cangilón modelado fue establecido.