Re-diseño de la línea de ejes de turbinas Francis de salto elevado para la mejora de su competitividad

Abstract

El objetivo de este proyecto es mejorar la línea de ejes de las turbinas Francis de eje horizontal. En especial, se ha trabajado con aquellas máquinas diseñadas para funcionar con saltos de agua elevados. El proyecto surge del conocimiento de importantes ventajas económicas de las turbinas horizontales frente a las verticales y de la voluntad por parte de ALSTOM HYDRO de mejorar los rendimientos de las primeras para hacerlas más competitivas. Los capítulos 3 y 4 son introductorios a la problemática y a los conocimientos tratados. Mientras el capítulo 3 es una breve justificación de la necesidad de llevar a cabo proyectos de mejora como este, el capítulo 4 es una introducción a las máquinas hidráulicas. En estos apartados se hace hincapié en las turbinas Francis para que el lector pueda entender o recordar su funcionamiento y sus elementos, así como sus posibles distribuciones con sus ventajas e inconvenientes, para justificar la realización de este proyecto. El capítulo 5 estudia y describe la principal causa de la pérdida de competitividad de las turbinas horizontales. Además, se introduce la máquina de referencia con la que se ha llevado a cabo todo el estudio y se hace una primera valoración económica del impacto que tiene para el cliente el diseño de una máquina vertical frente a la máquina horizontal. Este capítulo se apoya en los 3 primeros apartados del anexo para completar el análisis. Después de analizar las posibles soluciones algunas de las cuales se muestran en el cuarto apartado del anexo, se realiza una comparativa entre soluciones y se desarrolla la que genera mayores expectativas e interés. Es en el capítulo 6 donde se describe el diseño y el funcionamiento del cojinete hidrostático de agua, una tecnología patentada por ALSTOM que permite, actualmente y en máquinas verticales, reducir la flexión hasta valores prácticamente nulos y mejorar los rendimientos de las máquinas. En este caso se trata de adaptar el cojinete hidrostático a la máquina horizontal y conseguir un diseño que asegure la viabilidad técnica. Una vez realizado el diseño en SolidWorks, se han realizado los planos para obtener un presupuesto por parte del fabricante y realizar los respectivos estudios de viabilidad económica y ambiental. Las verificaciones y los cálculos de este capítulo se encuentran en los apartados 5 y 6 del anexo, así como los planos se encuentran en el número 7. También se adjunta una analogía del sistema de control de la solución en el apartado 8. Finalmente, se realiza un pequeño estudio de viabilidad para extrapolar la solución a máquinas de mayor tamaño y se justifica en qué ocasiones es más interesante realizar el re-diseño y en qué ocasiones los sobrecostes no justifican la inversión