Reconstrucción analítica del rodete de la turbina Francis de la U-4 de la PCH de Tirio, Michoacán

Abstract

The Small Hydroelectric Power Plants (SHPs) in the state of Michoacán are very old and require modernization since the engineering with which they were designed dates back in some cases to more than fifty years. This modernization is carried out through the rehabilitation or repowering of the turbine whose main component is the impeller, which is seen as the key element in the conversion of hydraulic energy into mechanical energy. Studies have shown that simply rebuilding or redesigning the impeller has been an economic, ecological and technically justified alternative. However, most of the design or redesign procedures for hydraulic turbine impellers are applied by manufacturers and much of the information is unknown due to the confidentiality of the acquired know-how, which has determined that the methodologies are for exclusive use by in-house companies. This has forced the owners of the turbines to resort to the so-called back-art where the reconstruction is carried out both by hand and empirically. The lack of instrumentation and measurement techniques to define the impeller has led to the consideration of reverse engineering as a viable impeller reconstruction methodology. Therefore, this project aims, through the application of reverse engineering, to recover the hydrodynamic profile of the blades of the Francis type impeller of the U-4 of CH (Hydroelectric Power Plant) of Tirio in Michoacán, by proposing a methodology that its main function is the implementation of numerical tools. This project includes the simplification of the scanned geometry, the discretization of the surface, data extraction and the application of numerical tools such as transfinite interpolation and extrapolation to reconstruct the runner of the Francis Tirio turbine.

Las Pequeñas Centrales Hidroeléctricas (PCHs) en el estado de Michoacán son muy antiguas y requieren de una modernización ya que la ingeniería con la que fueron diseñadas data en algunos casos de más de cincuenta años. Esta modernización se realiza a través de la rehabilitación o repotenciación de la turbina cuyo principal componente es el rodete, que es visto como el elemento clave en la conversión de energía hidráulica en mecánica. Estudios han mostrado que la sola reconstrucción o rediseño del rodete ha sido una alternativa económica, ecológica y técnicamente justificada. Sin embargo, la mayoría de los procedimientos de diseño o rediseño de los rodetes de las turbinas hidráulicas son aplicados por los fabricantes y se desconoce mucha de la información debido a la confidencialidad de los conocimientos adquiridos know-how, ha determinado que las metodologías sean de uso exclusivo de las empresas in-house. Esto ha obligado a los dueños de las turbinas a recurrir al llamado back-art en donde la reconstrucción se realiza tanto en forma artesanal como en forma empírica. La falta de la instrumentación y de las técnicas de medición para definir el rodete ha hecho considerar a la ingeniería inversa como una metodología viable de reconstrucción del rodete. Por lo tanto, este proyecto pretende, mediante la aplicación de la ingeniería inversa, recobrar el perfil hidrodinámico de los álabes del rodete tipo Francis de la U-4 de CH (Central Hidroeléctrica) de Tirio en Michoacán, mediante el planteamiento de una metodología que su principal función es la implementación de herramientas numéricas. Este proyecto comprende la simplificación de la geometría escaneada, la discretización de la superficie, la extracción de datos y la aplicación de herramientas numéricas como la interpolación transfinita y la extrapolación para reconstruir rodete de la turbina Francis de Tirio.