Predicción de la cabeza hidráulica del punto de mayor eficiencia de una bomba centrifuga de flujo radial operando como turbina mediante modelado matemático basado en parámetros geométricos del impulsor

Abstract

Para que las bombas operadas como turbinas operen eficientemente, la modificación de la geometría del impulsor es un elemento clave. A pesar de que se han llevado a cabo investigaciones en correlaciones matemáticas, simulaciones numéricas y optimización para mejorar el desempeño de las turbinas, los resultados obtenidos no han considerado únicamente la relación directa entre las condiciones del sitio y la geometría del impulsor en el punto de mayor eficiencia. Considerar únicamente la geometría del impulsor, permitirían optimizar la geometría del impulsor y maximizar la conversión de energía, lo que resulta en un uso más eficiente de los recursos hídricos y una mayor producción de energía renovable. Además, son una herramienta que facilitaría el proceso de implementación considerando las condiciones de sitio y la geometría de las bombas disponibles. Por tanto, el objetivo de este trabajo ha sido proponer un modelo matemático con un error inferior al 20% respecto a los resultados experimentales, que permita calcular la altura hidráulica en relación a los parámetros geométricos del impulsor. Con el objetivo de alcanzar este objetivo, se caracterizó el impulsor y se desarrollaron cuatro modelos matemáticos fundamentados en la ecuación de Euler para turbomáquinas. Se ha propuesto así una expresión alternativa que establece una relación entre la geometría del impulsor y la cabeza hidráulica. Para validar los modelos matemáticos, se han evaluado y comparado diferentes bombas encontradas en la literatura. Adicionalmente, se ha realizado un análisis estadístico al comportamiento del modelo considerando relaciones geométricas que no han sido consideradas en la literatura. Por último, se llevó a cabo una comparación del modelo con los resultados obtenidos por otros autores. Los resultados revelan que el modelo de mejor desempeño ha estimado la cabeza hidráulica con un error del 17.8% respecto a los datos experimentales. Asimismo, se conoce el comportamiento del modelo en relación a la velocidad especifica de la turbina y correlaciones geométricas del impulsor. Con estos resultados, se ha logrado proponer una opción alternativa para la estimación de la cabeza hidráulica para obtener una conversión de energía más eficiente. Este estudio establece los cimientos para investigaciones futuras en el ámbito de las bombas operadas como turbinas, proporcionando una herramienta sólida y aplicable para el diseño y análisis de sistemas hidroeléctricos en áreas no interconectadas