Uso del sifón autocebante en una central hidroeléctrica cubana (Najasa I)

Pantalones Aeronautica Pantalones Militare Militare Mujer Aeronautica Mujer Aeronautica

M. Sc. Jorge Luis Cortada Ferrera*

* Empresa de Hidroenergía, Unión Eléctrica,
Ministerio de Energía y Minas, La Habana, Cuba
e-mail: Sudaderas Para Talla Negras Garcia 60 Hombre rrZTE


Resumen


En este artículo se presenta una solución de tubería forzada para el aprovechamiento hidroenergético, utilizada en otros países aplicando la propiedad de los sifones para elevar el agua por encima de una presa y entregar su caudal a las turbinas; tales sifones se han situado sobre los aliviaderos, una posición con ventajas constructivas, pero donde la carga hidráulica es la mínima disponible en el embalse.

En Cuba no existe esa experiencia, hasta el momento solo se ha utilizado la solución de instalar una tubería en el interior de las galerías, por lo que esta propuesta sería una novedad en el país, pero, a diferencia de la experiencia internacional, presenta además la condición de aprovechar la máxima carga que se obtiene en la línea del cauce (sobre la obra de toma), mediante una nueva tecnología de sifones con la capacidad de autocebarse y mantener el flujo autocontrolado, lo que hace que sea, además, una novedad mundial.

Entre otras ventajas adicionales sobre la solución del entubamiento, también permite disminuir notablemente los costos exigidos por aquella.
Palabras clave: Sifón autocebante, hidroeléctrica, embalse, obras de toma.


Antecedentes

En los años iniciales del desarrollo de la «voluntad hidráulica» (1964-1989), uno de los objetivos de la construcción de embalses fue proteger a la población de inundaciones y sequías como respuesta al desastre acontecido en 1963: ciclón Flora con más de 3000 fallecidos; además, esa política también permitió combatir las sequías y desarrollar la agricultura, la industria y el abasto. Sin embargo, la pequeña hidroenergía no fue considerada en los planes ni en los proyectos de entonces; por lo que la mayoría de las presas se construyeron con obras de toma y galerías sin las características necesarias para la operación de centrales hidroeléctricas (CHE).

En esta nueva etapa de «crisis energética» la pequeña hidroenergía se transforma en una necesidad, pero muy pocos de los 253 mayores embalses existentes en el país pueden ser utilizados conectando directamente a sus obras de toma las turbinas de una CHE. En Cuba este problema se ha enfrentado mediante la costosa y peligrosa solución de entubar sus galerías, para poder disponer de la potencia del salto hidráulico que proporciona el embalse.

Revisando la cartera de obras a construir por la Empresa de Hidroenergía, se observa que los proyectos entregados por las Empresas de Investigaciones y Proyectos Hidráulicos (EIPH) del país, se caracterizan por presentar el entubamiento como «única alternativa» para resolver la situación descrita, lo que evidencia que la dirección de esta Empresa ha asumido el «principio» siguiente:

«Si el embalse carece de una Obra de Toma adecuada para suministrar a una hidroeléctrica, es necesario el entubamiento de la galería existente».

En estos momentos, cuando resulta ineludible identificar todo sitio o recurso hidráulico aprovechable con la concepción de que todo kg de combustible fósil ahorrado es importante, y cada kW generado con una fuente renovable de energía (FRE) es necesario, también se requiere de una nueva visión. Aquí se describe una alternativa de solución para ese problema, respaldado por la experiencia en China y otros países, a la que se aporta una novedosa solución cubana.Mujer Mujer Aeronautica Pantalones Pantalones Aeronautica Militare Militare Aeronautica


Definiciones


Un sifón se define como: «el tipo especial de conducción destinada a trasvasar líquido de un depósito superior a otro de nivel inferior, pasando por un punto más alto que la superficie libre del depósito superior, con la particularidad de que todo el tramo ascendente y parte del descendente se encuentra a una presión inferior a la atmosférica. Para que un sifón pueda funcionar es preciso cebarlo, operación que se efectúa generalmente aspirando aire desde el punto más alto del conducto» (ver Fig. 1).

Un conducto con esas características operará como sifón si, primero, se crea un vacío en su interior, y segundo: que se establezca el flujo en todo el trayecto; el agua se mantendrá fluyendo bajo estas condiciones mientras exista continuidad en la vena líquida; sin embargo, los gases disueltos en el agua son retenidos en la zona de baja presión, se acumulan y, finalmente, interrumpen la vena líquida si estos no se extraen oportunamente mediante un dispositivo que realice esta acción.

 


Fig. 1. Operación de ceba de un sifón desde el punto más alto del conducto.

 

Un sifón con descarga libre y determinado diámetro D, entrega al final de la Rama Descendente (RD), un caudal en función de la carga H disipando toda su energía potencial, lo que hace que Q sea la máxima posible en el punto de entrega.

  (1)

Los especialistas plantean, además, la necesidad de que la salida sea sumergida para evitar que el aire penetre por ese punto e interrumpa el flujo.

Los sifones vertedores [Schoklitsch, 1981] comienzan a funcionar solo cuando el nivel del agua en el embalse sobrepasa la cota de su garganta; en ese punto empieza el vertimiento y, por su diseño, el sifón vertedor puede desarrollar una presión inferior a la atmosférica que termina por completar la sección del conducto para mantener la vena líquida fluyendo.

Para cualquier variante de sifones:

Si el nivel del agua es superior al determinado por la cota de su ápice, este deja de ser un sifón y actúa como un conducto normal con la presión interna positiva en todo su trayecto.
Si el nivel del agua es inferior al nivel del ápice, y la presión interna se hace menor que la atmosférica, el conducto se comporta como sifón hasta que el nivel del agua alcanza el nivel de entrada a la rama ascendente (RA), momento en que la presión en su interior se iguala a la atmosférica al penetrar el aire por la bocatoma interrumpiendo el flujo.
Si el nivel del agua respecto al ápice excede la distancia de 8 metros sin sobrepasar la posición de la bocatoma, y la presión interior se hace inferior a 0,2 kg/cm2, puede comenzar el fenómeno de la cavitación.
Replay 9 Vaqueros blue talla Denim Del Pantalones Bootcut Para W24 l34 24 Fabricante Luz Mujer Azul TqCrARTxw Si los gases acumulados en la cumbre alcanzan un volumen tal que desplacen el líquido del ápice, el flujo se corta y el sifón deja de operar, requiriendo ser cebado nuevamente. Condición de la cual se excluye el sifón autocebante [Cortada, 1998a] PAT OCPI 22524/98, debido a que esta característica es aprovechada en su diseño para mantener el flujo autocontrolado.


1. Utilización de sifones para suministrar a centrales hidroeléctricas.

Con un diseño similar al sifón vertedor, este se ha utilizado para el suministro a centrales hidroeléctricas: centrales de Dieshui y Dishan construidas en China [Zhagjiang, 2014], entre otras [European SHP, 2004], ver figura 2.

En una hidroeléctrica la carga neta Hn a la entrada de la turbina: la carga hidrostática o bruta (Hb) menos las pérdidas, debe evaluarse cuidadosamente para obtener el mayor rendimiento energético posible. En la literatura china sobre las centrales, referidas y en el estudio realizado sobre estas soluciones [Fontanills, 2015] para su posible utilización en el embalse Najasa II, se exponen elementos sobre el comportamiento de plantas con sifones como conducción forzada, cuyas ventajas resultan muy valiosas para la Hidroenergía:


1.1. Ventajas observadas.

La conducción con sifones [Zhagjiang, 2014] presenta ventajas notables sobre la conducción forzada con la toma de fondo:

En una toma sifónica:
a). La bocatoma de un sifón es perpendicular al eje de la rama ascendente, que puede ser vertical o con una fuerte pendiente por debajo de la superficie liquida del embalse, por lo que aún con una entrada libre impide que en el conducto penetren sólidos sedimentables que descienden mientras el agua se eleva, siempre que la relación de Q y D garantice una velocidad de entrada inferior a la velocidad de sedimentación de sólidos y azolves en la zona de succión.

b). Detener el flujo en el sistema utilizando el sifón no requiere de compuertas ni válvulas equivalentes al diámetro de la bocatoma; una simple válvula de ɸ50 a ɸ100 mm situada en el ápice (punto C, fig. 1) es suficiente para interrumpir el flujo con una reducción gradual de la velocidad sin producir golpe de ariete, y sin importar el diámetro del sifón.

En una toma de fondo:
a). El diseño de la tubería forzada en la Obra de Toma requiere necesariamente las entradas de compuerta con cámara de rejas, lo que constituye 20% y 30% del costo del sistema.
b). La tubería forzada de fondo requiere la operación de compuertas y válvulas para detener el flujo en casos del cierre de emergencia por embalamiento, o para control y mantenimiento, operaciones que demandan de un tiempo relativamente prolongado de ejecución y pueden provocar el golpe de ariete. Esto hace evidente que el sifón resulta una opción más segura, y confiable, que la conducción forzada de fondo, además de ser menos costosa.

 

Margiela Mm6 Mm6 Maison Margiela Pantalones Pantalones Maison Mujer Mujer faIY7wq.

 

En este trabajo se pretenden introducir los conceptos y criterios presentados por el autor en 1998 [Cortada, 1998a], y la patente de invención registrada en ese año OCPI (Oficina Cubana de la Propiedad Industrial) No. 22524 [Cortada, 1998b], donde quedó demostrado y establecido que un sifón puede funcionar con la capacidad de autocebado y control automático sin ningún dispositivo consumidor de energía, aun cuando esta teoría y sus resultados prácticos, tal como fue presentada entonces, solo es válida bajo el concepto de descarga libre para su aplicación en el uso agrícola (entrega a estanques o canales), en las que solo interesa el gasto en circulación.
Militare Mujer Mujer Pantalones Aeronautica Aeronautica Aeronautica Pantalones Militare
La metodología para el cálculo de un sifón autocebante publicada en 1999 [Cortada, 1999c] adquiere total validez para una central hidroeléctrica con una sencilla trasformación en el cálculo de la velocidad de circulación (velocidad para el «flujo establecido» Vfe), modificación que se discute en este trabajo.


2. La aplicación de sifones autocebantes para el embalse Najasa I.

La aplicación del sifón autocebante en el embalse Najasa I parte de la evaluación de un sifón autocebante de garganta (SAG), cuyo trazado responde a los criterios dados en la metodología [Cortada, 1999c], para las mismas condiciones geodésicas e hidráulicas del propio SAG; donde, en lugar de realizar la descarga libre a la atmósfera, entrega el caudal a la entrada de la turbina previamente seleccionada para las características del salto hidráulico.

Para este caso particular se toma la turbina que ha sido seleccionada en el Estudio de Pre-Factibilidad Técnico Económico [EPFTE] [Peña, 2014], elaborado por la Empresa de Hidroenergía para el Plan de Inversiones 2015-2030.

Tabla 1. Datos de la turbina seleccionada en el EPFTE para Najasa I large 110 Xx Para Esprit Blanco White Sudadera 108cc2j006 By Hombre Edc off waqgAxaAsos En o Con Cebra Detalle Design Dise Y Parte Delantera La De Minivestido Retorcido Camisero Arrugado XPna6
Elemento UM Cant. Elemento UM Cant.
Turbinas U 2 h turbina % 94,8
Tipo Francis Hbd m 17,51
P instalada kW 125,0 Qmax m3/s 0,83
P unidad 62,5 Qd 0,78
h generador % 90,0 Qmin 0,32

En la figura 3 se muestra la foto de un «sifón autocebante de garganta» (SAG), definido para su aplicación a descarga libre según [Cortada, 1998a; Cortada 1998b] y [Metodología…, 1999]; en este se utilizó la solución más simple: colocar la tubería directamente sobre el talud mojado.

Para lograr el efecto de autocebado, esto es, que el sifón rellene por sí mismo la RA, el conducto debe tener en la cumbre una longitud mayor que la longitud vacía en la RA para producir un volumen en expansión capaz de crear el vacío necesario que provoque el ascenso del agua hasta la garganta, y complete el volumen desplazado en la cumbre. Como la longitud vacía es mayor debido a la pendiente del talud (Lvacía=Z/senαPantalones Militare Pantalones Aeronautica Mujer Aeronautica Mujer Militare Aeronautica), ello hace que sea preferible colocar la rama ascendente en posición vertical, lo que requiere menor longitud sobre la cumbre Lcum considerando la expresión (2), deducida según la referencia de Cortada [1998a] para.   

  (2)

 

 Fig. 3. Sifón autocebante en el embalse Las Casas 2.

 


3. Diseño de un sifón autocebante para entrega controlada a una hidroeléctrica.

Una CHE es una inversión de mayor importancia y su recuperación depende del número de horas en disponibilidad técnica; es decir; la energía producible depende del mayor volumen de la lámina activa resultante del comportamiento hidrológico, y esta, a su vez, depende del valor de Z (a menor distancia entre el ápice y la superficie líquida, Z, mayor disponibilidad, fig. 1).

Para lograr el menor volumen vacío se propone una obra de fábrica sobre el talud mojado; desde luego, esa propuesta debe ser evaluada desde el punto de vista de la estabilidad de taludes, o realizar una combinación (vertical-inclinado) de modo que se satisfaga la longitud calculada
(Lcum), según la expresión (2).N Annarita Annarita Pantalones N Mujer Annarita N N Pantalones Mujer Annarita Mujer Pantalones wzRqfYx4

En la figura 4 se muestra la sección transversal del embalse Najasa I por el eje de la Obra de Toma y su galería, y en la figura 5 la sección por el eje de uno de los 2 posibles SA propuestos, antes o a continuación de la sección de la figura 4.

Este sifón toma el agua en el punto A y saltando sobre la cortina del embalse realiza la descarga luego de entregar la energía hidráulica en la turbina, para finalmente fluir en el punto B a través de la tubería de succión de la turbina.

En el EPFTE referido (ver tabla 1) se establece un Q total máximo de 0,83 m3/s, y una potencia instalada total de 125 kW con dos turbinas Francis, ambas abaste cidas por una tubería de
Ø
1800 mm que se monta dentro de la galería del embalse.

La solución de sifones autocebantes, al cruzar por encima de la cortina del embalse incrementa la longitud total de las tuberías, pero utilizando varios sifones es posible transportar solo el agua de una turbina y reducir el diámetro requerido por cada sifón; si el diámetro obtenido para Q/2 aún resultara grande para cruzar la cortina, el salto puede hacerse en Q/3, Q/4, o más, para reintegrarlos parcial o totalmente en una o varias RD, que una vez que salen al talud seco de la presa.

En la MCHE Najasa I se asume Q/2 para un solo sifón entregando a cada turbina; luego,
Qmax= 0,42 m3/seg
con la misma carga de diseño para ambos: Hbd= 17,51 m
El sifón autocebante se emplaza según el plano (ver Fig. 4), aledaño a la OT, donde se sitúa la MCHE para utilizar la mayor carga hidráulica del embalse. El cruce sobre el aliviadero puede proporcionar también la misma potencia (P), pero al disponer de menor carga (H) requiere, en consecuencia, de mayor caudal (Q).

Si se tiene en cuenta que el recurso hidráulico es necesario ahorrarlo en estos tiempos de cambio climático, cuando son más frecuentes las temporadas de bajos niveles que de vertimientos, el cruce sobre la cortina es la solución más adecuada. A continuación se procede según los pasos de la metodología referida en [Cortada, 1998b] y [Cortada, 1999c].


3.1. Establecer las longitudes y ángulos del conducto de acuerdo con los requerimientos topográficos.


Este proceso se realiza siguiendo el trazado más conveniente (Figs. 4 y 5). En este caso de estudio se situó para el NAM, pero es preferible situar la cota de invertida del sifón lo más próxima posible al NAN sin afectar la seguridad del embalse; dado que el valor de la altura Z define el resto de sus características y posibilidades, la cota que se establece a la distancia Z máxima bajo el ápice será el nivel inferior mínimo, a partir del cual pudiera comenzar la cavitación y el sifón dejar de ser operativo.


3.2. Prediseño de la posición del ápice.


Como ha sido definido, la altura sobre el nivel de diseño a la que puede ser situado el ápice del sifón (Z) determina las posibilidades operativas de este; por otra parte, es sabido que el agua dentro del conducto asciende no solo por la creación del vacío, sino porque la atmósfera ejerce una presión de 1,033 kg/cm2, 10,033 mca, que empujará el líquido hacia cualquier punto donde la presión sea inferior.

En consideración de esta circunstancia pudiera suponerse que creando el vacío perfecto sería posible situar el ápice a 10,33 m sobre la superficie líquida. Pero a los efectos prácticos más vale aplicar el criterio de A. Schäffer [Schäffer, 1971], quien propone ρ/γ= 2,00 m como valor mínimo para la presión en la cumbre; luego, el valor máximo para Z será:

Zmax= 8,33 – (V2apice/2g) –hf                                             

De donde se obtiene un valor inferior al posible teóricamente, pero capaz de garantizar la no ocurrencia del fenómeno de la cavitación y sus consecuencias.

Para los cálculos siguientes se tienen dos niveles de diseño:
1. La carga bruta de diseño o carga de diseño, Hbd, para la CHE, es la que representa el nivel que más permanece en el embalse; es la carga para la cual se diseñan y se seleccionan las turbinas. La carga por encima y por debajo de la cual, el promedio anual de generación de energía es aproximadamente igual. De ese modo, al hacer corresponder el punto de máxima eficiencia y de velocidad óptima de la turbina con la carga neta promedio, se propicia la utilización más eficiente del agua.

Hbd=17,51 m, Carga bruta de diseño, tomada del EPFTE para considerar la operación de las turbinas y la capacidad de la MCHE en potencia y energía nivel de diseño = (NAA + Hbd) = (∇64,60 msnmm + 17,51m)= ∇80,69 msnmm).

2. Independientemente de cualquier altura que se tome para situar la invertida del sifón como altura de seguridad (hs), el ápice estará ubicado a 2D sobre esta, justo en el punto de la garganta donde se une la RA con la RD; la invertida de la RA debe coincidir con la corona de la RD al iniciar el tramo de la cumbre para crear la condición autocebante (ver Fig. 5); esto es: que toda el agua del llenado quede retenida en la RD sin que pase a la RA: tal condición hace que el mecanismo hidroneumático que se crea al abrir la válvula de salida realice el trabajo de cebado y control.

El nivel de diseño del sifón nunca va a ser el que se toma para la operación de la turbina, sino el más próximo al nivel del agua que pueda ser excavado en la cortina; luego, para estimar la posición del ápice del sifón teniendo como base el NAN (o el que se determine según el caso, siempre por encima de este), se considera una altura de dos veces el diámetro del conducto, más una altura de seguridad hs que se ha considerado hs=1D como posición de la invertida del sifón sobre el NAN; este es un criterio que debe ser evaluado por los diseñadores en función de la seguridad de la cortina.
Deportiva M Sudadera Tbl L urbnvy Sport Hd trkshsea Capucha North Con Hombre Face The Thermoball 0qawnRSY
El ápice Nap (considerando el NAN como referencia) quedaría situado en el nivel NAN + 2D + hs= (∇83,00 + 2*0,60 + 0,60)= ∇84,80 msnmm. Para el caso de estudio se ha tomado el NAM
(∇85,40 msnmm).

Luego: Nap= NAM + 2D= ∇85,40 + 2* 0,60= ∇86,00 msnmm

El nivel de diseño en el NAN en comparación con el NAM, significa mayor profundidad de excavación, pero permite la mayor explotación de la lámina hidráulica disponible; además, también opera como conducto forzado en toda su longitud cuando el nivel del agua se encuentra entre el nivel NAN + 2D + hs y el NAM. Decidir sobre este aspecto evidencia que un proyecto es una tarea de equipo, y de investigación de todas las características del sitio para establecer el nivel de diseño más adecuado para el sifón.

El sifón autocebante no necesita de una bomba de vacío, pero se requiere la válvula solenoide (ver vacuum breaker en la figura 2, y pos A3 en la figura 8) para detener el flujo en casos de emergencia en la CHE, por lo que esta válvula y su sistema de control deben estar protegidos cuando el NA alcanza o sobrepasa el NAM.

Se considera que el llenado inicial del sifón se realiza tomando el agua directamente del embalse, por lo que el NPT de la plataforma sobre el talud mojado se sitúa de modo que la RD se pueda rellenar con una pequeña bomba, o una tubería auxiliar que, con el mismo principio de diseño, pueda rellenar la RD hasta una cota cercana a la cumbre y completar su volumen manualmente. Esta operación solo se realiza para la puesta en operación, salvo que por una posible parada de emergencia el tramo de la cumbre en la RD quede completamente vacío.


3.3. Estimación del diámetro del sifón.


En la bibliografía china se resume la experiencia que sus ingenieros han obtenido en las centrales hidroeléctricas por ellos construidas (ver tabla 2 y fig. 2), siempre sobre el vertedor y con el diseño convencional de sifones (requerimiento de la bomba de vacío, etcétera).

Luego, para estimar el diámetro, o los diámetros del sifón en su recorrido a la CHE, se toman como referencia las velocidades dadas en dicha tabla, que según la experiencia China se utilizan hasta 4 diámetros diferentes en el mismo conducto.

Teniendo en cuenta el pequeño caudal en circulación para el sifón autocebante de Najasa I, se emplea un solo diámetro en toda la conducción, excepto en el cono de entrada.

Tabla 2. Rango de velocidades en las secciones del sifón

Militare Mujer Pantalones Aeronautica Pantalones Aeronautica Aeronautica Mujer Militare UnZZx6wXv0

 Sección   Objeto Velocidades admisibles
Baja carga
Alta carga
1 Entrada (V1) 0,8 a 1,2 m/s
2 Transición aguas arriba (V1 + V3) / 2
3 Garganta (V2) 1,5 m/s
4 Conducción forzada 3-4 m/s 4-5 m/s

Aplicando estos criterios de velocidad para cada sección y la ecuación de continuidad
y despejando de modo que para el caudal Q=0,42 m3/s, y una velocidad estimada en 1,4 m/s para todo el conducto, se propone un diámetro aproximado de Ǿ 600 mm, determinando su conformidad una vez obtenidos los resultados del cálculo.

La corona del ápice se acota en el nivel: ∇86,00 msnmm, (ver 3.2, punto 2).


3.4. Esquema del sifón
.

Datos de figuras 5, 6 y 7.

Tabla 3. Datos de la conducción Para Lacoste talla Del Fabricante 4 silver Cca Sh0605 Hombre Gris Chin Medium Sudadera ppxgrqFE
Indicador Valor
Longitud total 125, 50 m
Longitud ascendente 12,10 m
Longitud en la cumbre 45,10 m
Longitud vacía máxima 7,85 m
Gasto de diseño Qmax 0,42 m3/seg
Carga hidráulica Hbd 19,82 m NAd=(∇83,00 msnmm)
Viscosidad cinemática ʋ Pantalones Aeronautica Aeronautica Militare Mujer Militare Aeronautica Mujer Pantalones 0,975 x 10-6 m2/seg a t=21o C
Coeficiente de W & H wh 120 (tubería acero soldado, 5 años)

3.5. Cálculo del Número de Reynolds.


3.6. Cálculo del coeficiente de fricción.

 3.7. Cálculo de las pérdidas.

Pérdidas por entrada
Boca de campana L/D = 2

Rejilla Aeronautica Pantalones Mujer Militare Aeronautica Militare Aeronautica Pantalones Mujer
Como ya se expresó en epígrafe 1.1, en una toma de sifón no se requieren rejillas (inciso a) ni compuertas (inciso b).

Cálculo contracción en el cono de entrada

; buscando L/D en la tabla 3 [Cortada, 1998b]= 8,56

Calculando  

3.8. Determinación de las relaciones L/D.

Ver tabla 4, Determinación de las relaciones L/D (ver plano fig. 6 y esquema fig. 7).

Tabla 4. Relaciones L/D para accidentes locales y conducción
Alice Olivia Alice Mallas Mujer Mujer Olivia Alice Mujer Olivia Mallas Mallas Olivia Alice Mallas wwqIr5AAeronautica Mujer Militare Pantalones Aeronautica Aeronautica Pantalones Militare MujerCamiseta Ps Hombre Hombre Paul Paul Ps Smith Camiseta Smith tOpOSw2star 2star Sneakers Sneakers Abotinadas Mujer Sneakers Abotinadas Mujer 2star Mujer 2star Abotinadas HHnrxz
Rama Tramo Accidente LONG. LOCAL CONDUC. Ʃ (L/D)
m L/D L/D
ascendente (RA) 1 Entrada   2,00   2,00
1-2 Reducción 800x600 1,00 8,56 1,43 9,99Capucha c Urban Sudadera rojo Con Beach Aroa Grande Hombre qwata17Yx
2-3 Codo 17,9º 3,05 4,71 1,83 9,79
3-4 Cond. Lineal 6,90   16,75 11,50
4-5 Codo 180º 1,15 258,10   280,02
5 Codo 90º 0,50 59,66   60,49
4-5 Garganta 12,60   20,76 353,79
descendente (RD) 5-6 Cumbre 45,10   75,17 75,17
6-7 Codo 26,1º 11,25 6,29 18,25 24,54
7-8 Codo 4,8º 6,30 4,65 10,33 14,99
8-9 Codo 19.2º 30,70 4,88 51,17 56,04
9-10 Codo 6,3º 7,65 4,51Oto Para Larga Camisetas Manga De o Hombre Odlo UaqWzTv 12,75 17,26
10-11 Codo 44.3º 4,85 14,09 8,08 22,17
11-12 Codo 5,5º 7,55 4,53 12,58 17,16
  Salida y válvula   10,00   10,00
    Total  125,60 382,03
209,10 591,13

3.9. Parámetros para el flujo establecido en el sifón.

3.9.1. Velocidad en el sifón para el gasto regulado.

A diferencia del sifón a descarga libre donde toda la carga disponible produce el gasto máximo según la expresión (1), se utiliza la ecuación de continuidad, calculando el área que corresponde al diámetro (en este caso Ǿ 600 mm;   y teniendo Q=0,42 m3/seg para el caudal máximo de la turbina que es controlado por sus alabes directores, se obtiene la velocidad de circulación, aplicando la ecuación de continuidad:

Vfe= Q/A= 0,42/0,28= 1,47 m/seg

Luego de este ajuste para la aplicación que se discute, la metodología continúa en sus pasos siguientes.

3.9.2. Carga de velocidad

3.9.3. Pérdidas hidráulicas para el flujo establecido.

Sumatoria de los coeficientes de pérdidas hasta la turbina.

∑ K = ∑ L/D x f = 591,113 x 0,0191 = 11,309

Pérdidas en toda la conducción:



hffearmy white Green Pt Cypress Trail Runner De Fc Reebok wild dark Hombre Para Zapatillas Prime 000 Running Eu Khaki 42 aqxdwBv= 11,309 x 0,112 = 1,272 m

Utilizando el diámetro de Ǿ 600 mm, las perdidas constituyen 7,7% de la carga disponible <10%, por lo que el diámetro estimado se acepta como diámetro de proyecto.

3.9.4. Carga neta sobre la turbina.



Aplicando la expresión de potencia para el salto hidráulico se tiene:

Los cálculos han sido realizados para la Hdis del EPFTE y la eficiencia se determina sobre una potencia instalada de 60 kW. Repitiendo el procedimiento para el mismo gasto Q y la HNAM, HNAN y HMIN se obtiene la tabla 5:

Tabla 5. Operación de la MCHE (Pinst=60 kW) Pantalones Militare Mujer Mujer Militare Aeronautica Aeronautica Pantalones Aeronautica
Q=0,42 m3/s COTA msnmm Z
m
Hb
Botines Marrón Mujer Goma Leopard Talla Color De Desigual 39 IxwY56q m
Hn
m
Pabs
mca
Ps
kW
η*
%
HNAM 85,40 0,60 22,22 20,93 9,99 85 92,4
HNAN 83,00 1,80 19,82 18,53 7,59 76 92,4
Hdis 80,69 4,11 17,51 16,22 5,23 67 92,4
HMIN 77,80 7,00 14,62 13,33 7,39 55 9,6

* Se asume la η nominal cuando la P al salto (Ps) es mayor que la P instalada.

3.9.5. Presión en la cumbre para el flujo establecido.

Pérdidas en la rama ascendente (tomando las relaciones L/D,desde la bocatoma 1 hasta el ápice 5 (Tabla 4).

 

Valor de Z para el nivel de diseño de la turbina en Hb=17,51 m (∇80,69)

Presión que mide un vacuómetro situado en el ápice del sifón cuando el NA se encuentra en el nivel de diseño.

3.9.6. Zmax que puede descender el nivel del agua.Aeronautica Aeronautica Pantalones Militare Militare Pantalones Aeronautica Mujer Mujer

Significa que el nivel mínimo de succión. o la profundidad máxima de succión del sifón que garantiza la no ocurrencia de cavitación, se encuentra en la cota (∇86,00 – 7,39 m) = ∇78,61 msnmm, pero antes de alcanzar esa cota comienzan a producirse los vórtices (movimiento intenso en remolinos), que pudieran producir efectos indeseables, por lo que es necesario adicionarle una longitud mayor a la RA para evitar la aparición y desarrollo de aquellos.

Tropi Tropi Tropi Gris Gris Jeans Jeans Call Call Jeans Call qwxIfnExaPiratas Lombardini Atos Pantalones Pantalones Lombardini Mujer Pantalones Piratas Mujer Atos Piratas Lombardini Atos wP1p6Wq.

La sumersión es la altura del nivel del agua sobre la entrada de un sitio donde se produce una succión y provoca la formación de vórtices. En este caso es la entrada del sifón.
Cálculo de la sumergencia.

El diámetro y la velocidad utilizados en las expresiones siguientes corresponden a los datos de la entrada:

Determinación del número de Froude y el valor de la sumergencia.

Luego, la cota de entrada del sifón sin formación de vórtices será:

∇86,00 – 7,39 – 0,547 = ∇78,06 msnmm
Constructivamente se sitúa en ∇78,00 msnmm, esto es, a 7,00 m sobre el NVM
(∇71,00 msnmm).

 

 

Fig. 4. Sección transversal por la Obra de Toma, embalse Najasa I.

 

 

 

Fig. 5. El sifón se sitúa en la zona de la cortina de mayor elevación
posible sobre el canal de salida de la CHE.

 

 

 

Fig. 6. Perfil para el SA propuesto señalizando accidentes, etcétera.

 

 

 

Fig. No 7. Esquema del trazado del sifón, longitudes de los tramos, cambios de dirección.

 


3.9.8. Comprobación de la condición autocebante.

Diseño: El diseño permite la retención del agua a sección llena en el tramo de la cumbre. (ver garganta en foto fig. 2., plano en fig. 6 y detalle en fig. 8; la garganta se propone fabricar mediante dovelas para este caso).

 

 

Fig. No 8. Detalle del ápice y garganta del sifón; la invertida de la RA
(garganta) coincide con la corona de la RD (cumbre).

 
Hombre Deportivos Para Azules Zapatos Zapatos Deportivos TqxpZv

A1: Vacuómetro; A2: tubo con tapa hermética para llenado del sifón y soporte de la válvula solenoide; A3: válvula solenoide.

Longitud vacía (Lvac), tramo en la rama ascendente que el agua debe remontar para establecer el flujo en el sifón: , como ; luego, medida verticalmente desde el ápice: Zmax=7,39 m, (∇77,41 msnmm).

Aplicando la expresión (2):

Donde:
Lcum: longitud requerida en la cumbre para establecer la condición autocebante
K; 1,16, constante determinada en el laboratorio (1)
patm: presión atmósferica, presión existente en el punto inicial
pfe: presión para el flujo establecido (medida en el ápice)
Lvac: longitud vacia del punto ascendente

Para el nivel de diseño:

Para el nivel mínimo:
La presión mínima admitida en la cumbre, como ya se formuló, es 2,00 m y para este valor
la Z máxima es 7,39 m, luego:

Mujer Eu Negro Coast 39 Dog Rocket Shayne Botines Black wqxt7WB1


Comparación de longitudes

Lcum= 45,10 m

Como se observa, para el nivel de diseño el sifón se autoceba y mantiene el flujo controlado (recordar que el autocontrol corresponde a autocebados sucesivos de menor volumen que el inicial), la longitud de diseño excede en casi 10 veces la necesaria para provocar el efecto requerido a ese nivel, pero es necesario mantenerlo también hasta el límite que ocurrirá para la máxima profundidad de operación en que justamente la Lcum es ligeramente superior a la longitud física del conducto sobre la cumbre. Luego el sifón propuesto se mantendrá en operación hasta el límite establecido por la atmósfera.


Comprobación de la capacidad del sifón para la H mínima


Los cálculos realizados para determinar las pérdidas no dependen de la carga hidráulica, solo del gasto en circulación que es regulado por la turbina. Pero el Q del Sifón en descarga libre depende de H, por lo que es necesario verificar si es capaz de entregar un Q superior al Qdiseño para la H mínima del sistema. Esta ocurre para el nivel en Zmax y es ∇78,61 msnmm, luego Hnmin =13,07 m, conduciendo el Qd=0,42 m3/s, ΣK=16,98 se obtiene la velocidad de circulación, aplicando la expresión (1).

                       

Aplicando continuidad se obtiene Q=1,08 m3/s y se verifica que el sifón a carga mínima Hmin continua suministrando el caudal necesario a la CHE para turbinar el Qmax.


4. Un nuevo elemento a considerar en la aplicación hidroenergética del SA.


En la etapa de investigaciones que dio lugar a la presentación del sifón autocebante de garganta como solución agrícola (1998), se observaron fenómenos hidráulicos adicionales no descritos en [Cortada, 1998b] al considerarse entonces que no ejercían ninguna influencia o que esta era despreciable para el resultado obtenido.

Caña Malìparmi De Botines Mujer Alta zBaZOnWBU Para la aplicación hidroenergética se requiere, además, eliminar los gases que pueden pasar a la turbina causando efectos no previstos. Para resolver este problema se propone una solución muy simple según se muestra en la figura 6. Esta solución se plantea a partir de las observaciones y la experiencia obtenida durante las pruebas de campo realizadas en la primera etapa de investigaciones sobre un sifón autocebante [Cortada, 1998b], y las referencias dadas por otros autores [Kisielieva, 1974], [European SHP, 2004] y [Fontanills, 2015].


4.1. Destino de los gases retenidos en la zona del ápice.


En Cortada [1998b] el capítulo VIII, epígrafe 8.2 «De los resultados experimentales» en el punto 6.3, se expresa:

«La rama de salida no requiere de la entrega sumergida para mantenerse en servicio».

Es la confirmación sobre un fenómeno presente: el sifón autocebante no requiere de la descarga sumergida que se establece en la bibliografía precedente como condición inevitable, pero de cuyo descubrimiento no se hizo la relatoría de las observaciones en el trabajo de tesis original [Cortada, 1998b].

El sifón No. 1, (Fig. 3) de «Las Casas», se proyectó con una caja de salida en hormigón para garantizar la entrega sumergida siguiendo la experiencia registrada en libros, artículos y proyectos.

Dada la urgencia del cultivo, el agua debía de estar irrigando los surcos, por lo que este sifón se puso en funcionamiento con la modificación del ápice y eliminación de la válvula en la rama de entrada pero sin ejecutarse el referido objeto de obra.


4.2. Descarga libre sobre la superficie del canal distribuidor.


Observación: El flujo sale del tubo alcanzando en su parábola una distancia máxima, en la medida que el tiempo transcurre esa distancia se reduce paulatinamente como evidencia de la reducción del gasto según lo establece la bibliografía. Los gases acumulados van cerrando la sección hidráulica y disminuyendo la velocidad del flujo en la salida, hasta el momento en que se corta la vena liquida; al ocurrir esto se repite automáticamente el proceso de autocebado y el chorro alcanza nuevamente la distancia máxima iniciando un nuevo ciclo.


4.3. Descarga sumergida en el canal distribuidor.


Los agricultores necesitaron un mayor alcance del servicio y elevaron los hombros del canal; esta acción provocó que la descarga libre del flujo pasara a sumergida.

Observación: Continuamente se observa una columna de burbujas pequeñas ascendiendo del tubo a la superficie liquida, a intervalos regulares se produce la expulsión de una gran burbuja que remueve toda la superficie evidenciando que la acumulación de gases que provocan el corte del flujo en un sifón convencional, también producen el corte, pero a la vez los gases acumulados en el ápice son arrastrados al exterior creando el estado inicial para un nuevo ciclo de autocebado a menor volumen que el autocebado inicial, aparentemente solo se desarrolla la etapa de expansión-contracción dando así continuidad a un proceso automático de control.
Botas Botas Mujer Marrones Pikolinos Botas Marrones Mujer Para Pikolinos Para Marrones Pikolinos OZqxwnO
De acuerdo con la explicación del proceso dada en Cortada [1998b], capitulo II, epígrafe 2.6, la expulsión de los gases al exterior es una propiedad inherente al diseño del conducto y al mecanismo hidráulico que se crea en su interior mediante la presencia de la garganta que permite establecer la relación deducida de la Ley Boyle-Mariotte                     

  (3)

El autocebado se obtiene siempre que la Lcum existente sea mayor que la Lcum calculada lo que garantiza que el volumen en expansión en la cumbre llene la rama ascendente y complete, además, la sección del conducto siempre que y/Y =>0,80.

En las investigaciones realizadas en el CIH (1998), se comprobó que si la relación y/Y resulta menor que 0,80, no se alcanza el efecto de autocebado.

Una vez cebado el sifón, en cada nuevo ciclo: corte-expulsión-recarga, este se produce solo para el volumen ocupado por la burbuja de gases expulsada, mucho menor que el autocebado para la longitud vacía inicial.

5. ¿Entubamiento de la galería o cruce de la cortina mediante sifones?

En el EPFTE citado [Peña, 2014] para ejecutar la MCHE mediante el montaje por secciones de tubos de acero soldable de Φ1800 mm dentro de la galería. Una vez que todas las secciones han sido colocadas y soldadas, dándole continuidad hasta alcanzar el exterior de la galería se conectan perpendicularmente a la tubería forzada dos tubos de Φ600 mm que distribuyen a cada una de las dos máquinas de la MCHE.

El entubamiento es una tarea de inversión altamente costosa y difícil de realizar, complicándose en este caso por las dimensiones de la galería y por el diámetro del tubo a utilizar, además de las condiciones de inseguridad que siempre presenta trabajar dentro de una estructura a más de
10,0 m bajo el nivel del agua, así como los medios y mecanismos requeridos para ejecutar este trabajo, incluyendo la instalación de rieles para el desplazamiento de los carros transportadores de las secciones de la tubería (que constituyen estructuras perdidas), rellenado de hormigón etc.
Por supuesto, las compuertas y rejas requeridas para la Toma de Fondo ya existen junto con la galería.

Para el caso de ejecutar la conexión mediante sifones, se realiza el montaje de un SA para cada máquina, como recomiende el mejor aprovechamiento del recurso hidráulico y la lámina activa, evidentemente, cada uno tendrá una longitud mayor que el entubamiento a través de la galería y sus derivaciones, pero en compensación estos serán de un diámetro muy inferior y su montaje prácticamente no presenta ninguna complicación tecnológica, salvo el cruce sobre la cortina cuidando por la seguridad de esta. Como se ha mencionado anteriormente, los sifones no necesitan de rejillas ni válvulas de emergencia, solo una válvula solenoide de 50 mm de diámetro.

El entubamiento de las galerías, como una ventaja relativa sobre los sifones presenta la posibilidad de ser utilizado en una lámina hidráulica hasta el NVM, pero su costo hace que evaluar el uso de sifones pudiera ofrecer una alternativa si las características del sistema hidráulico, el comportamiento hidrológico del embalse y su explotación así lo recomienden una vez calculadas ambas soluciones.

 

 Air Wmns 38 Nike Gris Huarache dark Para Zapatillas Grey De Eu teal Run Deporte Mujer pg5qOx5

Fig. 9. Disposición de la tubería forzada para la expulsión
automática de los gases acumulados.

 

Conclusiones

Las galerías construidas en la mayoría de nuestros embalses no fueron previstas para su uso energético, por lo que sus estructuras de entrega no soportan las características del flujo en conducción forzada.

1. El entubamiento de las galerías tiene la gran ventaja de que permite utilizar todo el recurso hidráulico disponible desde el NAM hasta el NVM.
2. La dificultad que presenta esta adaptación es la complejidad constructiva y alto costo de las estructuras requeridas.
3. En Cuba hasta el presente no ha sido utilizada una solución de Sifón para su aplicación en la generación de electricidad pero su empleo en el mundo es una práctica reconocida y avalada en la bibliografía.
4. La búsqueda de información proporciona ejemplos de hidroeléctricas en operación mediante sifones convencionales de diversos tipos en la zona del aliviadero de los embalses, pero en ningún caso se encuentra una solución en el punto de mayor carga hidráulica disponible.
5. El uso de sifones autocebantes demuestra la ventaja de ser una solución que resuelve las dificultades que presentan los sifones convencionales, además de ser rápida, económica y sin ninguna complejidad constructiva.
6. La solución de sifón elimina la necesidad de rejillas y compuertas en la toma.
7. El cierre de emergencia se induce mediante una válvula solenoide de 50-100 mm de diámetro evitando el golpe de ariete en el sistema, todo lo cual reduce costos.
8. La expulsión de los gases fue un fenómeno observado en la investigación original pero al no influir más que en la eliminación de la necesidad de construir una obra de salida solo fue mencionado como prueba para descartar ese paradigma.
9. El fenómeno anterior, a los efectos de la hidroenergía, puede ser considerado como un descubrimiento.


Recomendaciones


Los criterios dados hacen que la decisión sobre la utilización de una solución de entubamiento o de sifones dependan de:

1. El estudio hidrológico y la permanencia de niveles del embalse que permitan el aprovechamiento del recurso hidráulico dentro de la lámina activa para los sifones.
2. La evaluación financiera de los costos y recursos necesarios para ejecutar una u otra variante, teniendo en cuenta que ambas soluciones, significan también una agresión a la seguridad del embalse y deben ser considerados todos los elementos de protección necesarios.

Militare Mujer Pantalones Aeronautica Pantalones Aeronautica Aeronautica Mujer Militare UnZZx6wXv0 Militare Mujer Pantalones Aeronautica Pantalones Aeronautica Aeronautica Mujer Militare UnZZx6wXv0
3. Presuntamente, la capacidad comparada para la producción de energía respecto a los costos de inversión es el criterio fundamental para una decisión respecto a la tecnología a aplicar en cada caso.
4. El caso de estudio mostrado: Najasa I, debe ser revisado considerando otras variantes para el diseño y ejecución de la bocatoma y RA utilizando otro diseño del sifón autocebante, que manteniendo el principio puede permitir la reducción de la longitud obligada Lcum para una RA vertical o inclinada.
5. Resulta necesario revisar en cuanto se reduce este objeto de obra, situando la RA con la pendiente del talud u otra mayor según variantes evaluadas, hasta encontrar una inclinación de compromiso. Esto se debe a la presencia de una berma en el talud mojado y la profundidad correspondiente a la Zmax.
6. Dar a conocer esta propuesta a las entidades de EIPH del país para evaluar y determinar la solución más ventajosa en las CHE a construir en el programa de inversiones de la Empresa de Hidroenergía.


Bibliografía

Cortada Ferrera, Jorge Luis (1998A). Patente de Invención «Sifon autocebante de garganta». La Habana: OCPI (Oficina Cubana de la Propiedad Industrial). No. 22524, Clasificación Internacional de Patentes-E03V7/07.
Cortada Ferrera, Jorge Luis (1998B). Tesis de Maestría: Sifón autocebante de garganta, un diseño sin equipamiento auxiliar para el cebado y mantenimiento del flujo. La Habana: Centro de Investigaciones Hidráulicas. Reg. Ispjae Fo.085, No.1898, MES Fo.157, No.3923.
European Small Hydropower Association (2004). Guide on how develop a small hydropower plant. Bruselas: ESHA.
Fontanills, Luis A (2015). Proyecto de una PCHE en la presa Najasa II. La Habana: Tesis de grado, CIH, Ispjae.
Gibson, A.H (1952). Hydraulics and its applications. London: Constable & Co.
Peña, Leonardo (2014). Estudio de Prefactibilidad MCHE NAJASA I, Camagüey. La Habana: Empresa de Hidroenergía.
Kisielieva, P.F.(1974); Manual de hidráulica. (en ruso). Moscú: Energía.
Schäffer, August (1971). Hidráulica y construcciones hidráulicas. Barcelona: Ed. Labor.
Schoklitsch, A. (1981). Arquitectura hidráulica (I). Barcelona: Ed. Gustavo Gili.
Zhagjiang University (2014). Metodología del Hangzhou Regional Center, Asia Pacífico en China (HRCAP). Beijing: Zhagjiang University Press.