Bomba como turbina
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Pump As Turbine instalado para recuperar energía dentro de las instalaciones de una red de agua rural irlandesa en 2019 ( https://www.dwr-uisce.eu/ )

Una bomba como turbina o (PAT) , también conocida como ' bomba en reversa ', es un tipo no convencional de turbina de agua de reacción, que se comporta de manera similar a la de una turbina Francis . La función de un PAT es comparable a la de cualquier turbina , para convertir la energía cinética y de presión del fluido en energía mecánica del corredor. Se comercializan comúnmente como bombas compuestas y unidades de motor / generador, acopladas por un eje fijo a una unidad de motor de inducción asíncrona . [1] [2]

A diferencia de otras máquinas convencionales que requieren ser fabricadas de acuerdo con las especificaciones del cliente, las bombas son un equipo muy común ampliamente disponible en diferentes tamaños y funcionalidades en cualquier parte del mundo. Cuando se usa como turbina, el rotor se mueve en la dirección opuesta, o en reversa, como cuando está operando como bomba. De esta manera, permite que el motor genere energía eléctrica.

Historia

Las primeras menciones de la posibilidad de usar bombas como turbinas (PAT) se remontan a principios de la década de 1930 y están asociadas a experimentos de laboratorio realizados por Thoma y Kittredge, [3] quienes identificaron por primera vez el potencial de una bomba común para funcionar de manera bastante eficiente como una turbina. invirtiendo el flujo.

Posteriormente, en la segunda mitad del siglo XX, la industria de fabricación de bombas dio un nuevo impulso a la investigación sobre este tema. Durante este tiempo, las colaboraciones establecidas con varios institutos de investigación ayudaron a desarrollar una comprensión profunda de los fenómenos asociados con la utilización de PAT. Se hicieron esfuerzos para desarrollar métodos para predecir curvas características y de eficiencia. [4] Esto ayudó a determinar el Punto de Mejor Eficiencia (BEP) de estas máquinas, en modo turbina, y lo relacionó con sus especificaciones cuando se usaban como bomba. [5]

La adopción de PAT tiene el potencial de convertir en económicamente factibles incluso potenciales hidroeléctricos en la escala "pico" (es decir, menos de 5 kW de capacidad instalada), ya que solo cuestan una fracción de una turbina hidráulica convencional. [6] Ejemplos recientes de tales esquemas son dos plantas piloto construidas en 2019 en Irlanda y Gales. [7]

Hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo

En la hidroelectricidad de almacenamiento por micro bombeo (PSH), la misma bomba / PAT podría usarse para las fases de bombeo y generación [8] cambiando la dirección de rotación y la velocidad. El mejor punto de eficiencia en el bombeo generalmente difiere de su modo inverso: [3] se necesitaría un variador de frecuencia acoplado al motor / generador para cambiar del modo de bombeo al modo de generación y reaccionar eficientemente a la fluctuación de la carga PSH. [8]

Teoría de operación

El artículo principal de esta categoría es Water_turbine § Reaction_turbines .

Tipos

Entre los diseños existentes de bombas hidráulicas / PAT, las unidades "centrífugas" o "radiales" son las más utilizadas en todo el mundo en una amplia variedad de campos de aplicación. [9] El nombre se deriva de la trayectoria radial que sigue el fluido en el rotor: desde el centro hacia la periferia cuando funciona como una bomba y en la dirección opuesta cuando el flujo se invierte. [10] Para lograr una caída de la cabeza más alta a través de la máquina, se pueden ensamblar más impulsores en serie para crear una unidad de múltiples etapas. Por el contrario, un diseño PAT / bomba dividida radialmente de doble flujo implica un solo rotor radial abierto alimentado por dos entradas simétricas y permite procesar un caudal más alto con respecto a una unidad radial estándar. [9]Un segundo tipo de diseño de bomba / PAT es el axial, en el que el fluido interactúa con una hélice siguiendo una trayectoria paralela al eje de la bomba. Estas unidades son particularmente adecuadas para procesar caudales elevados con una diferencia de altura reducida. Finalmente, las bombas de flujo mixto / PAT se encuentran entre el rango de aplicabilidad de las unidades radiales y axiales y tienen un impulsor con forma similar a una turbina Francis. [10] Otro diseño especial de bomba / PAT es el de las unidades sumergibles, que posiblemente se puedan instalar dentro de una tubería conectada a un tubo de tiro aprovechando las pequeñas diferencias de altura en los ríos que fluyen.

Tabla de aplicaciones típicas

Referencias

  1. ^ Agarwal, Tarang (noviembre de 2012). "Revisión de bomba como turbina (PAT) para microhidráulica". Revista Internacional de Tecnología Emergente e Ingeniería Avanzada . 2 (11): 163-169. CiteSeerX  10.1.1.414.3606 .
  2. ^ Williams, AA (septiembre de 1996). "Bombas como turbinas para microcentrales hidroeléctricas de bajo coste". Energía renovable . 9 (1–4): 1227–1234. doi : 10.1016 / 0960-1481 (96) 88498-9 .
  3. ^ a b Thoma, D; Kittredge, C (1931). "Bombas centrífugas operadas en condiciones anormales". Energía : 881–884.
  4. ^ Novara, Daniele; McNabola, Aonghus (15 de octubre de 2018). "Un modelo para la extrapolación de las curvas características de Bombas como Turbinas a partir de un Punto de Mejor Eficiencia de referencia". Conversión y Gestión de Energía . 174 : 1-7. doi : 10.1016 / j.enconman.2018.07.091 . ISSN 0196-8904 . 
  5. ^ Singh, Punit (2005). "Optimización de la hidráulica interna y del diseño de sistemas para BOMBAS COMO TURBINAS con implementación y evaluación de campo". Universität Karlsruhe (TH): Diss. Institut für Wasserwirtschaft und Kulturtechnik . CiteSeerX 10.1.1.459.9416 . 
  6. ^ Novara D .; Carravetta A .; McNabola A .; Ramos HM (1 de mayo de 2019). "Modelo de costos para bombas como turbinas en aplicaciones de microhidroeléctricas de pasada y en tubería". Revista de Planificación y Gestión de Recursos Hídricos . 145 (5): 04019012. doi : 10.1061 / (ASCE) WR.1943-5452.0001063 .
  7. ^ "Sitios de demostración" . Dwr Uisce . Consultado el 6 de noviembre de 2019 .
  8. ^ a b Morabito, Alessandro; Hendrick, Patrick (7 de octubre de 2019). "Bomba como turbina aplicada al almacenamiento de microenergía y redes de agua inteligentes: un caso de estudio" . Energía aplicada . 241 : 567–579. doi : 10.1016 / j.apenergy.2019.03.018 .
  9. ^ a b Industria de Grundfos (2004). Manual de la bomba (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 10 de enero de 2020.
  10. ↑ a b Ramos, Helena (2000). Directrices para el diseño de pequeñas centrales hidroeléctricas (PDF) .
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