- Desarrollo
- 1ra Variante
- Determinación de la constante de tiempo hidráulica.
- Determinación del tiempo de cierre.
- Determinación del tiempo de aceleración.
- Determinar el valor de la inercia necesaria para el grupo turbina generador.
- Conclusiones
- Recomendaciones
- Anexos: Ejemplos de la implementación de los volantes de inercia.
Resumen
La provincia de Guantánamo cuenta con 59 instalaciones hidroenergéticas de la cuales 53 trabajan de forma aisladas o sea que no están conectadas al Sistema Energético Nacional (SEN). En estas condiciones de operación autónoma las plantas presentan frecuentes cambios en la carga los cuales unidos a errores ocurridos en la proyección de algunas centrales afectan fuertemente la velocidad del grupo turbina generador, ocasionando problemas de estabilidad del conjunto y consecuentemente cambios en la frecuencia y la tensión de salida, afectándose con ello la calidad de la energía generada lo que se traduce en una disminución considerable del tiempo de vida útil tanto del grupo turbina generador como de los equipos electrodomésticos, de salud y de enseñanza de las comunidades.
En el presente trabajo se abordan las experiencias de prácticas adquiridas por la UEB Hidroenergía Guantánamo en la aplicación de una metodología de cálculo para lograr el incremento del momento de inercia en el grupo turbina generador de centrales mini hidroeléctricas, con la implementación de volantes de inercia. Se cuenta también con un pequeño programa de cálculo con ayuda del SOFTWARE EXCEL.
Este trabajo será el primer paso para la futura automatización de mini hidroeléctricas guantanameras en las cuales también se han dado los primeros pasos.
Desarrollo
Producto a las continuas variaciones de velocidad en el conjunto turbina generador, debido a las constantes conexiones y desconexiones de las distintas cargas y a posibles errores en la proyección y ejecución de las obras, existe una inestabilidad en los parámetros de calidad (frecuencia y voltaje), lo cual afecta gravemente a las cargas que se encuentran conectadas, aumentando la mala calidad de la energía suministrada, por lo que se hace necesario encontrar una solución para mejorar la estabilidad del sistema.
Unas de las vías a seguir, para el incremento del momento de inercia, es implementar el uso de volantes. Un volante de inercia es un elemento totalmente pasivo, únicamente aporta al sistema una inercia adicional.
Al incrementarse la inercia del sistema, en igualdad de condiciones, se reducen las fluctuaciones de velocidad. Suelen emplearse volantes de inercia en maquinas cíclicas para reducir las variaciones de velocidad cuando hay cambios en el par motor o en el par solicitado al motor (par de la carga), dentro del ciclo. Los volantes tienen por finalidad, en virtud de su masa e inercia, uniformar dentro de ciertos limites las velocidades en los ejes de las maquinas motrices expuestas a variaciones debido al trabajo motor variable que le es entregado y al momento resistente de la carga.
En la bibliografía consultada, (Electronic load control for microhydropower plants) se encontró una primera variante para el cálculo de dicho volante, la cual se explica a continuación:
1ra Variante
La inercia requerida es:
J=0.012*PGen(kW)*(3600/neje(rpm))2 (kgf-m2)
La masa del volante es:
M=8J/D2 (kg)
Ancho del volante: T=0.18*M/D2 (mm)
Donde D es el diámetro del volante
Esta variante considera que el grupo turbina generador esta acoplado directamente, hecho que conllevo a desechar dicha variante ya que en las mini hidroeléctricas y micro hidroeléctricas, que están aisladas generalmente la relación de transmisión no es la unidad debido a que las turbinas por general giran a baja velocidad.
Figura 1. Acoplamiento directo
2da Variante
Figura 2. Acoplamiento con transmisión
Determinación de la constante de tiempo hidráulica.
La constante de tiempo hidráulica o tiempo hidráulico es el tiempo que tarda el agua en alcanzar su velocidad de régimen por la tubería a partir del reposo.
(s) (1)
L-longitud de tubería desde la toma hasta la máquina (m)
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