Pozos De Oscilacion

POZOS DE OSCILACIÓN

Ejemplo de pozo vertedero.

GENERALIDADES

Al variar la demanda en una planta hidroeléctrica es necesario alterar el gasto, y para esto, el regulador de las turbinas aumenta o disminuye automáticamente la apertura entre los álabes del distribuidor, según se trate de un incremento o de una disminución de la potencia demandada, respectivamente.

Es una operación normal, los cambios de gasto son más o menos lentos, pero pueden ser muy bruscos si aparecen fallas tanto en los cables que salen de los generadores como en cualquier otro punto de la red cuando el sistema está interconectado. En efecto, si la falla es en la planta en cuestión, la demanda cae a cero y la turbina tiene que cortar su gasto en el menor tiempo posible. Por el contrario, si la falla es en cualquier otra parte de un sistema interconectado, la planta tendrá que aumentar súbitamente su potencia para suplir el déficit del sistema o para contribuir a aliviarlo.

La disminución de la demanda, llamada por los ingenieros electricistas "rechazo de carga", puede manejarse con cierta facilidad en las turbinas Pelton, utilizando su deflector, pero no en las de reacción, donde es necesario tratar el problema en toda su magnitud. La situación descrita trae por consecuencia, desde luego, la aparición de un golpe de ariete, pero además la variación solicitada en el gasto no puede lograrse con rapidez si la turbina se encuentra muy alejada del vaso, de donde a fin de cuentas debe provenir el nuevo gasto pedido.

Por lo que respecta al golpe de ariete, recuérdese que sus efectos son menores mientras más corta sea la tubería de presión. Entonces, cuando la necesidad de aprovechar mejor la carga disponible exige colocar la casa de máquinas muy lejos del vaso, puede reducirse la longitud de la tubería de presión si se inserta en ella un tanque cuyo volumen permita almacenar una masa de agua suficientemente importante como para que las ondas de presión se reflejen en ella y no continúen propagándose hacia el vaso. Este tanque es precisamente la estructura llamada pozo o cámara de oscilación y debe colocarse lo más cerca posible de la casa de máquinas, ya que la tubería que une a ésta con el pozo es propiamente la tubería de presión. En la figura 1 se representa esta estructura para diferentes casos.

Figura 1.

FUNCIONAMIENTO DEL POZO

Al presentarse un cambio en la demanda, la variación solicitada en el gasto se logrará con más rapidez si se dispone de un pozo de oscilación. En efecto, si se pide menor gasto, el exceso que viene por el túnel de conducción entra en el pozo, elevando su nivel y, por consiguiente, la línea de la energía; lo que hace que el flujo se frene y en esta forma el vaso proporcione más rápidamente el gasto menor solicitado.

Lo contrario sucede cuando aumenta la demanda; caso en que el incremento de gasto necesario es suministrado más rápidamente por la cámara de oscilación que por el vaso, ya que la primera se encuentra más cerca de la turbina. Además, al salir agua del pozo hacia la válvula, su nivel baja e inclina el gradiente de energía en la conducción, lo que induce una aceleración del flujo en el túnel de conducción y favorece la obtención del nuevo gasto con mayor rapidez.

Por otra parte, al alterarse el nivel en el pozo de oscilación cambia también la carga en la turbina, y esto obliga a que el regulador siga actuando sobre los álabes; del distribuidor con el fin de lograr la nueva potencia pedida. Durante este trabajo el regulador tiende a excitar el cambio de niveles en el pozo. Por ejemplo, si se necesita menos potencia, la carga sube debido a la elevación del nivel en el pozo, provocada por el cierre en el distribuidor; pero el aumento consiguiente de la carga sobre las turbinas hace que se requiera aún menos gasto y el exceso es desviado hacia el pozo, incrementando aún más su nivel. Lo contrario sucede cuando hay aumento en la demanda.

El problema de la excitación de las oscilaciones no existiría si se tuviera un volumen de agua infinito en la cámara, como puede considerarse el embalse, para fines prácticos.

En realidad, el pozo de oscilación debe tener un área transversal mínima para que pueda garantizarse que las oscilaciones no serán incrementadas por el regulador, sino que irán disminuyendo paulatinamente. Cuando esto sucede así, se dice que el pozo es "estable".

En otras palabras, el volumen demandado o rechazado por las turbinas debe ser tal que no provoque variaciones tan grandes en el nivel del pozo, de manera que no sea posible lograr la nueva potencia solicitada. Esto tiene que ver con el área transversal de la estructura y con su altura total, características fundamentales del diseño.

El mecanismo de variación de niveles dentro del pozo, por ejemplo para el caso de un apertura, puede describirse en la siguiente forma:

• El nivel baja al abrirse la válvula, pero la inercia lo hace bajar más de lo necesario para proporcionar el nuevo gasto; por lo que, momentáneamente, un volumen en exceso es desviado al pozo, obligando a elevar su nivel después de que éste alcanzó el punto más bajo. Así empieza la primera oscilación.

• El nivel sigue subiendo y nuevamente, por inercia, sobrepasa el punto deseado; e inclusive en las primeras oscilaciones rebasa frecuentemente la cota del embalse, inclinando el gradiente de energía en dirección contraria. Esto frena aún más la velocidad en el túnel de conducción, y cuando ésta llega a ser nula, el nivel en el pozo alcanza su punto más alto y empieza a descender, por lo que el flujo en la conducción se invierte, y envía el pozo al embalse todo el gasto que no acepta la turbina.

• El proceso continúa y, si el pozo es estable, la fricción garantiza que las oscilaciones se amortigüen hasta desaparecer por completo. El caso del cierre puede explicarse en forma semejante.

• TIPOS DE INSTALACIÓN

• En general, el pozo puede ser exterior o interior. Esta última localización se presenta cuando la casa de máquinas es interior; es decir, cuando se encuentra alojada dentro del cerro o de la cortina de la presa. Por lo que se refiere a su posición en relación con la casa de máquinas, el pozo de oscilación puede encontrarse aguas arriba o aguas abajo de ella. La posición clásica del pozo de oscilación es antes de la casa de máquinas

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