Selección del generador de turbina hidráulica: medición de la altura de caída y el caudal

Para determinar si un río es adecuado para la generación de energía eléctrica y qué tamaño de turbogenerador hidráulico es apropiado, el primer paso consiste en medir dos datos clave: la altura de caída (head) y el caudal. Estos dos datos determinan la capacidad de generación de energía y constituyen la base para la selección y cotización del turbogenerador hidráulico.

La medición no requiere ingenieros especializados; únicamente se necesita un teléfono móvil y un cubo.

Medición de la altura de caída (head)

La altura de caída (head) se refiere a la diferencia vertical de altura entre la entrada de agua y el punto de instalación del turbogenerador hidráulico. Se mide en metros. Existen dos tipos de altura de caída: altura bruta (gross head) y altura neta (net head).

La altura bruta se refiere a la caída vertical entre los niveles de agua aguas arriba y aguas abajo, es decir, la diferencia de altura teórica total; mientras que la altura neta se refiere a la caída real aprovechable del grupo turbogenerador hidráulico. Debido a las pérdidas por fricción causadas por el flujo de agua a través de la tubería de admisión (tubería forzada), la altura neta del agua siempre es ligeramente menor que la altura bruta del agua. Este concepto constituye la base para calcular la generación real de energía eléctrica.

Existen principalmente tres métodos de medición comúnmente utilizados:

Aplicación para teléfono móvil – Medidor de altura

Abra la función de medición de altitud en su teléfono móvil (en los iPhone puede usar la aplicación integrada «Brújula»; en los teléfonos Android puede descargar gratuitamente una aplicación medidora de altura). Registre la altitud en el punto de toma predeterminado, luego camine hasta el punto de instalación predeterminado de la turbina hidráulica y registre nuevamente. La diferencia entre ambas lecturas corresponde a la altura del salto hidráulico. Este proceso dura solo unos dos minutos. Tomar varias mediciones y calcular su promedio reduce los errores.

Manómetro

Si ya se ha instalado la tubería de agua, puede colocar un manómetro en el extremo de dicha tubería. Cierre la válvula para detener el flujo de agua dentro de la tubería. En ese momento, la lectura indica la presión manométrica. La relación de conversión es: 1 bar ≈ 10 metros de altura del salto hidráulico, 1 MPa ≈ 100 metros de altura del salto hidráulico. Cuando la válvula está abierta y la turbina hidráulica funciona normalmente, el valor mostrado por el manómetro corresponde a la altura neta del salto hidráulico.

Nivelador o GPS

Si las condiciones in situ lo permiten, utilizar un nivel para medir la diferencia de nivel del agua entre aguas arriba y aguas abajo es el método más preciso. Alternativamente, también se puede usar un dispositivo GPS con función de medición de elevación para realizar la medición.

Medición del caudal

El caudal se refiere al volumen de agua que fluye en una unidad de tiempo, generalmente medido en metros cúbicos por segundo (m³/s) o litros por segundo (L/s). Solo conociendo el caudal se puede elegir adecuadamente la turbina generadora de agua más apropiada. Según el tamaño de la fuente de agua, existen dos métodos prácticos de medición.

Método del cubo: adecuado para corrientes de caudal pequeño

Para caudales pequeños, este es el método más sencillo y preciso:

● Usar piedras o tablas de madera para canalizar el agua hacia una única salida;

● Colocar debajo de la salida un cubo de capacidad conocida y usar el cronómetro de un teléfono móvil para registrar el tiempo que tarda en llenarse;

● Caudal = Capacidad del cubo / Tiempo de llenado (s).

Por ejemplo, si un cubo de 20 L se llena en 4 segundos, entonces el caudal es 20 / 4 = 5 L/s. Es importante tener en cuenta que deben realizarse varias mediciones y calcular su promedio para obtener un resultado más preciso y fiable.

Método de sección transversal: aplicable a canales de flujo de agua de mayor tamaño

Cuando el caudal es demasiado elevado y resulta incómodo usar un cubo, puede emplearse el método de sección transversal para medir el caudal del agua (y esta situación también es muy adecuada para utilizar un generador de turbina hidráulica de mayor tamaño):

● Medir el área de la sección transversal: multiplicar el ancho del canal por la profundidad del agua para obtener el área A (m²). Si la forma del canal es irregular y difícil de medir, puede dividirse en varias partes, medirse por separado y luego sumarse.

● Medir la velocidad del flujo: Dejar caer hojas u otros objetos flotantes sobre la superficie del agua y registrar el tiempo que tardan en desplazarse una distancia determinada (por ejemplo, 10 m). Dividir la distancia entre el tiempo para obtener la velocidad del flujo V (m/s).

● La fórmula para calcular el caudal es: Q = Área de la sección transversal A × Velocidad del flujo V.

Asimismo, aquí también deben realizarse varias mediciones y calcularse su promedio.

Tras medir la altura de agua y el caudal, podremos presentarle los datos y le recomendaremos el generador de turbina hidráulica más adecuado.