Modelaje de vórtices y arrastre de aire para condición de sumergencia crítica en la central hidroeléctrica de Guri

Abstract

La existencia de vórtices en las entradas de agua de turbinas son situaciones indeseables, debido a que los vórtices pueden inducir la succión de aire causando problemas operacionales en las máquinas hidráulicas y pueden arrastrar ocasionalmente elementos flotantes presentes en la superficie del agua hacia las rejas contra basura causando posibles daños. Considerando el período de sequía tan acentuado en Venezuela en el año 2001, el cual produjo el descenso del nivel de agua en el embalse de Guri y en vista que, en mayo del año 2003 estuvo a unos 22 m por debajo de su nivel máximo normal de operación, CVG EDELCA se ha visto en la necesidad de determinar hasta qué nivel puede llegar el embalse, sin que se presenten problemas en las turbinas Francis, mediante la simulación matemática bidimensional y el estudio e investigación en un modelo físico a escala 1:30. El modelo matemático FESWMS-2DH fue calibrado con el prototipo y sus resultados fueron utilizados como condiciones de borde del modelo físico. Las causas que originan la formación de vórtices fueron investigadas en la literatura. Análisis dimensionales y criterios de modelaje de vórtices fueron aplicados para diseñar el modelo físico. Las técnicas y criterios de modelaje de vórtices fueron investigados y los efectos de escalas fueron discutidos e implementados en los resultados. Observaciones desarrolladas en el prototipo sirvieron para calibrar el modelo físico. Los resultados muestran que los vórtices de superficie encontrados no arrastran aire, sin embargo las ranuras de la toma y las rejas contra basura juegan un papel fundamental en el arrastre de aire hacia la turbina.