Análisis de la eficiencia de una turbina pelton D 40 MW de la Central Hidroeléctrica Pucará utilizando simulación CFD

El sector eléctrico ecuatoriano produce energía en su mayoría por medios hidroeléctricos, siendo las turbinas tipo Pelton las más utilizadas en las centrales de generación, en ese sentido se desarrolla el presente trabajo en colaboración con el Centro de Investigación y Recuperación de Turbinas Hidráulicas y Partes Industriales (CIRT) de la Unidad de Negocio Hidroagoyán CELEC - EP para realizar el análisis de la eficiencia de una turbina Pelton de 40 MW perteneciente a la Unidad N°2 de la Central Hidroeléctrica Pucará utilizando simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD). Para llevar a cabo este estudio, fue necesario obtener la información con datos operativos reales de la Unidad N°2 desde que fue montado el nuevo rodete reparado en el CIRT, posteriormente se realizó el levantamiento tridimensional de todas las geometrías que conforman la turbina partiendo de los planos existentes, para el caso del rodete, cuyo perfil hidráulico se compone de geometrías complejas, fue necesario aplicar procedimientos de ingeniería inversa con el apoyo de un escáner 3D; una vez concluido el ensamble de los componentes que interactúan con el agua se obtuvo el dominio computacional para la simulación y se aplicó el modelo de turbulencia k-epsilon. Para conseguir buenos resultados en la simulación se generó una malla estructurada con refinamiento en los puntos críticos del inyector y del rodete. Con este análisis se llegó a determinar el valor de la eficiencia por simulación y fue comparado con los datos reales registrados en la operación de la Central con un error inferior al 3%, generando un modelo matemático válido y disponible para futuros proyectos de optimización.The electric sector in Ecuador depends on the energy production that comes from the hydroelectric plants. Pelton turbines are the most used across said plants. This work focuses in the collaboration with the “Centro de Investigación y Recuperación de Turbinas Hidráulicas” (CIRT) of the Business unit of Hidroagoyán CELEC – EP. To study the efficiency of a Pelton turbine of 40 MW belonging to unit 2 of the Hydroelectric Plant Pucará the simulation of computational fluids dynamic (CFD) was used. To carry this out it was necessary to get the information from the real operative data of unit N°2 since the new impeller repaired by the CIRT was installed. Once the data was collected the three dimensional projection of all the geometries that make the turbine was done from the available dimensional planes. In the case of the impeller, because of its hydraulic profile is made out by geometric complex structures it was necessary to apply some reverse engineering techniques for which a 3D scan was used. Once the assembly was finished the components that have direct interaction with the water the computational domain was available for the simulation and the model of turbulence k-epsilon was applied. In order to get good results in the simulation a structural mesh was generated with a refinement of the critical points in the injector and impeller. With this analysis the value of efficiency by simulation was determined and compared with real data registered in the operation of the plant. The error was below 3%, this generates a mathematical valid and available model for future projects of optimization