Diseño de un rotor de turbina hidroeléctrica conformada en materiales compuestos de matriz reforzada con fibras de carbono

OLLER ARAMAYO, SERGIO A.; NALLIM, LIZ G.; OLLER MARTÍNEZ, SERGIO.

San Juan

Congreso; II CAIM 2010 Segundo Congreso Argentino de Ingeniería Mecánica; 2010

El presente trabajo presenta el conformado de un rotor de turbina hidroeléctrica mediante materiales compuestos. Las partes involucradas en el diseño de este rotor están conformadas por una matriz reforzada con fibras y se estudia, su disposición, orientación, secuencia de apilamiento, espesor y número de capas. Conseguido el diseño del material y su aplicación en el rotor, se presenta la modelación numérica de la estructura mediante elementos finitos [1], simulando la presión aplicada sobre los álabes y el comportamiento del rotor frente a dichas acciones (tensiones generadas y límites en el diseño). El objetivo es lograr un rotor cuya inercia rotacional sea relativamente baja, y así disponga de rápidas reacciones a los cambios al flujo, y más importante aún, pocas pérdidas energéticas en el eje del rotor. Las aplicaciones de este material compuesto optimiza la turbina que actualmente está siendo estudiada por los autores para aplicaciones de paso fluvial sin represas, en donde es muy importante aprovechar al máximo la energía cinética del fluido. Para la simulación de la respuesta mecánica a través del análisis de las tensiones y resistencias a roturas en la estructura del rotor conformado en material compuesto, se usa una herramienta de cálculo de simulación numérica por elementos finitos ComPack-Aero [2], desarrollado por CIMNE (Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería), en Barcelona (España). También se analiza el comportamiento del mismo rotor conformado en acero y se comparan los resultados referidos a la rigidez y los estados tensionales del rotor conformado en acero, con las distintas formas de apilamientos de material compuesto. Todo ello permite construir una comparativa de datos para valorar si la elección de un rotor conformado en material compuesto es viable dentro de estas condiciones de trabajo.