Simulación del efecto de ataguías sumergidas sobre la futura operación de las turbinas Kaplan de la Central Hidroeléctrica Tocoma (Venezuela)

Resumen

La Central Hidroeléctrica de Tocoma, actualmente en construcción, está localizada en la zona sur oriental de Venezuela en el Estado Bolívar sobre las aguas del Río Caroní. Tocoma será equipada con 10 turbinas Kaplan, con potencia instalada de 2.160 MW y un Aliviadero con una capacidad de 28.750 m3/s, y junto con las presas de Macagua, Caruachi y Guri conformarán del Desarrollo Hidroeléctrico del Bajo Caroní. El bjetivo de esta investigación es evaluar los efectos hidrodinámicos de las Ataguías “A” y “B” sumergidas sobre la operación de las turbinas Kaplan de la Central Hidroeléctrica Tocoma utilizando la modelación hibrida Matemática – Física. La presencia de estas Ataguías sumergidas puede dar origen a comportamientos hidrodinámicos tridimensionales pudiendo causar pérdidas adicionales de energía y mal funcionamiento de las turbinas. Se desarrollaron 2 modelos matemáticos monofásicos utilizando la técnica de la Dinámica Computacional de los Fluidos (CFD) aplicando el código comercial ANSYS-CFX 10. El primer modelo matemático representó el embalse d la Central Hidroeléctrica y fue calibrado cualitativa y cuantitativamente con un modelo físico a escala 1:80 gobernado bajo la ley de similitud de Froude. Este modelaje hibrido determinó los patrones de flujo hidrodinámicos de aproximación a las tomas de las turbinas Kaplan, los cuales evidencian una asimetría en la distribución de velocidades en las tomas cercanas a la Ataguía B. El segundo modelo matemático representó la toma y la turbina Kaplan considerando la asimetría de velocidades reportadas por el primer modelo matemático. Los resultados reportaron que la asimetría de velocidades no ocasiona ninguna irregularidad en la distribución de velocidades y presiones en los dominios estudiados en comparación con el caso de aproximación uniforme. Esto puede ser un indicativo de que la condición hidrodinámica no uniforme en la entrada de las tomas de las turbinas Kaplan de Tocoma no afecta el funcionamiento normal de la unidad turbogeneradora.