Todo operador de una central hidroeléctrica conoce ese sonido. El tono del sonido de la turbina cambia: aparece una ligera aspereza en lo que debería ser una rotación suave. Esa aspereza son los residuos flotantes que atraviesan la toma y golpean los álabes del rodete a gran velocidad. Todo operador de una central hidroeléctrica conoce ese sonido. El sonido de la turbina cambia de tono: aparece una ligera aspereza en lo que debería ser una rotación suave. Esa aspereza la provocan los residuos flotantes que atraviesan la toma y golpean los álabes del rodete a gran velocidad. Un fragmento de rama que pasa por una tobera Pelton puede mellar la superficie de una cuchara cuyo mecanizado ha costado semanas. Una temporada de paso de sedimentos finos por un rodete Francis puede reducir el rendimiento entre un 2 y un 5 %, y la pérdida se mantiene hasta la siguiente revisión general [1][2]. puede mellar la superficie de una cuchara cuyo mecanizado ha costado semanas. Una temporada de sedimentos finos a través de un rodete Francis puede reducir el rendimiento un 2–5 %, y la pérdida se mantiene hasta la siguiente revisión general [1][2].
La rejilla de toma es la primera y más crítica línea de defensa entre el río y la turbina. En centrales hidroeléctricas de salto medio y alto, las rejillas Coanda se han convertido en la tecnología de toma dominante en más de 40 centrales hidroeléctricas europeas: sustituyen a rejas de gruesos, rejillas de barras y azudes tiroleses que exigían limpieza manual constante y aun así dejaban pasar residuos flotantes dañinos [3][4].
Esta guía explica cómo las rejillas Coanda protegen las turbinas hidroeléctricas, qué tipos de turbina se benefician más y cómo evaluar si una toma Coanda es adecuada para su central.
Índice
- El problema de los residuos flotantes en la energía hidroeléctrica
- Cómo lo resuelven las rejillas Coanda
- Tecnologías de toma tradicionales y sus límites
- Adaptación del diseño de la rejilla al tipo de turbina
- Pérdida de carga: la restricción de diseño crítica
- Cumplimiento en protección de peces para la energía hidroeléctrica
- Consideraciones de clima frío y estacionalidad
- Comportamiento en instalaciones en servicio: casos prácticos europeos
- Cuándo NO utilizar una rejilla Coanda en energía hidroeléctrica
- Proceso de diseño de rejillas hidroeléctricas de ADENCO
- Preguntas frecuentes
- Referencias
El problema de los residuos flotantes en la energía hidroeléctrica
El agua del río arrastra todo lo que llega de la cuenca: hojas, ramitas, ramas, plásticos, sedimentos, algas y, durante las crecidas, material que va desde grava hasta troncos enteros. Estos residuos flotantes plantean tres problemas distintos para la explotación hidroeléctrica:
1. Daño directo a la turbina (daño por objetos extraños: FOD)
Los residuos flotantes duros que llegan a la turbina causan daños mecánicos en los álabes del rodete, los álabes directrices, las toberas y los cierres. Se estima que el FOD cuesta al sector hidroeléctrico mundial miles de millones de dólares al año en equipos dañados, pérdida de rendimiento y paradas imprevistas [1][5]. Los residuos flotantes duros que llegan a la turbina causan daños mecánicos en los álabes del rodete, los álabes directrices, las toberas y los cierres. Se estima que el daño por objetos extraños (FOD) cuesta al sector hidroeléctrico mundial miles de millones de dólares al año en equipos dañados, pérdida de rendimiento y paradas imprevistas [1][5]. Un solo fragmento de rama que pasa por una tobera Pelton puede mellar la superficie de la cuchara y obligar a su remecanizado. Una piedra que pasa por un rodete Francis puede dañar el borde de ataque de un álabe y provocar cavitación, lo que acelera la erosión posterior. puede mellar la superficie de la cuchara y obligar a un remecanizado. Una piedra a través de un rodete Francis puede desportillar el borde de ataque de un álabe y provocar cavitación, que acelera la erosión posterior.
2. Erosión por sedimentos (desgaste abrasivo)
Los sedimentos finos (en particular la arena de cuarzo, con una dureza Mohs de 7) actúan como un abrasivo en suspensión dentro de la turbina. Una investigación en la central hidroeléctrica de Maneri Bhali-II documentó una reducción del rendimiento del 4,97 % por abrasión de sedimentos, mientras que la central de Chilime (22 MW) midió una pérdida de rendimiento del 1,2 % [2]. En algunas centrales del Himalaya, la tasa de erosión en las cucharas Pelton y las válvulas de aguja alcanzó los 3,4 mm/año, lo que obliga a sustituir el rodete cada pocas temporadas [6].
Los ríos del Himalaya (incluido Nepal), los Andes, los Alpes y las cordilleras costeras del Pacífico transportan algunas de las mayores concentraciones de sedimentos del mundo. Con la aceleración del deshielo glaciar, este problema se está intensificando.
3. Obstrucción de la rejilla y pérdida de generación eléctrica
Cuando los residuos flotantes se acumulan en las rejillas de toma convencionales, se restringe el flujo hacia la turbina. Los estudios muestran que los residuos flotantes pueden representar aproximadamente el 50 % de la pérdida de carga total en una reja de gruesos [7]. Cada punto porcentual de pérdida de carga se traduce directamente en un porcentaje de pérdida de ingresos por generación eléctrica. Durante la caída de la hoja en otoño o en episodios de tormenta, las rejillas convencionales pueden obstruirse en cuestión de horas y exigen limpieza manual con rastrillo, a menudo en emplazamientos remotos y de difícil acceso.
El impacto económico se acumula: daño directo en la turbina + erosión por sedimentos + tiempo de parada por obstrucción + mano de obra de limpieza manual = una parte significativa del coste operativo anual en muchas centrales.
Cómo lo resuelven las rejillas Coanda
Una rejilla de toma Coanda utiliza el efecto Coanda (la tendencia de un chorro de fluido a adherirse a una superficie curva) para separar el agua limpia de los residuos flotantes en un único paso pasivo. El agua fluye sobre una placa de aceleración, forma una lámina de agua fina y de alta velocidad y atraviesa las ranuras de alambre en cuña (perfil en V) inclinado, mientras que los residuos flotantes pasan por encima de la superficie de la rejilla y son arrastrados aguas abajo [8][9].
El mecanismo aporta tres cosas que las rejillas convencionales no pueden ofrecer:
Eliminación hidráulica de los residuos flotantes. El flujo cortante de alta velocidad sobre la superficie de alambre en cuña barre de forma continua los residuos flotantes de la cara de la rejilla. El diseño totalmente estático no requiere suministro eléctrico ni mecanismo de rastrillado. La rejilla se limpia sola de forma continua mientras está en funcionamiento.
Filtración fina con caudal elevado. Los anchos de ranura típicos de una rejilla Coanda, de 0,5–2,0 mm, excluyen los residuos flotantes que dañan los componentes de la turbina. En ensayos de laboratorio, una ranura de 1,0 mm excluyó alrededor del 90 % de las partículas mayores que la ranura y una de 0,5 mm en torno al 98 %; plantas piloto en el Reino Unido y Suiza registraron una exclusión del 94 % de las partículas de 0,5–1,0 mm con una ranura de 1 mm [18]. Con una referencia genérica del sector de aproximadamente 140 l/s por metro de ancho de azud [8] (las series propias de ADENCO tienen capacidades nominales de 35, 67 y 150 l/s por metro para la ADENCO-45, la ADENCO-70 y la ADENCO-127 respectivamente, según la altura de caída: véase la página de productos), un solo panel de rejilla puede abastecer una central hidroeléctrica considerable.
Sin consumo de energía. Todo el proceso funciona por gravedad. El agua acelera sobre la placa por gravedad, atraviesa la rejilla por gravedad y los residuos flotantes son arrastrados aguas abajo por gravedad. No hay bomba, ni motor, ni conexión eléctrica en la toma de agua.
Para un operador de energía hidroeléctrica, esto significa: agua limpia que llega a la turbina de forma continua, sin intervención manual, sin consumo eléctrico y sin componentes mecánicos que mantener.
Tecnologías de toma tradicionales y sus límites
Para entender por qué más de 40 centrales hidroeléctricas europeas han adoptado rejillas Coanda, conviene entender a qué sustituyeron:
| Tecnología | Abertura típica | ¿Autolimpiante? | ¿Requiere electricidad? | Mantenimiento manual | Residuos flotantes que pasan |
|---|---|---|---|---|---|
| Reja de gruesos | 25–150 mm | No | No | Rastrillado semanal–diario | Hojas, ramitas, ramas pequeñas, todos los sedimentos |
| Reja de barras fina | 6–25 mm | No | No | Rastrillado diario–horario | Hojas, ramitas finas, todos los sedimentos |
| Rejilla de banda | 3–10 mm | Sí | Sí (motor) | Mensual | Residuos flotantes orgánicos finos, todos los sedimentos |
| Rejilla de tambor/rotativa | 0,5–3 mm | Sí | Sí (motor) | Mensual | Solo sedimentos finos |
| Azud tirolés | 20–40 mm | Parcialmente | No | Purga periódica | Hojas, residuos flotantes orgánicos, sedimentos finos |
| Rejilla Coanda | 0,5–2,0 mm | Sí | No | Solo inspección anual | Solo limos finos (<ancho de ranura) |
La comparación revela por qué las rejillas Coanda han sustituido a tecnologías más antiguas en emplazamientos donde los residuos flotantes y el mantenimiento eran problemas persistentes. Ninguna otra tecnología pasiva (accionada por gravedad) consigue una filtración más fina de 2 mm con eliminación continua de residuos flotantes.
Para una comparación detallada de todas las tecnologías de rejillas de toma, consulte nuestra guía: Rejilla Coanda frente a reja de barras fija frente a rejilla de tambor.
Adaptación del diseño de la rejilla al tipo de turbina
Los distintos tipos de turbina presentan vulnerabilidades diferentes frente a los residuos flotantes y los sedimentos. El diseño de la rejilla (en particular el ancho de ranura) debe ajustarse a la sensibilidad de la turbina:
Turbinas Pelton (carga alta: >200 m)
Las turbinas Pelton emplean uno o varios chorros de agua de alta velocidad que inciden sobre álabes en forma de cuchara montados en una rueda. El orificio de la tobera tiene normalmente 50–200 mm de diámetro, y cualquier partícula capaz de atravesar la tobera impactará en la superficie de la cuchara a velocidades de 30–80 m/s.
Vulnerabilidad: Extrema. La elevada velocidad del chorro hace que incluso partículas pequeñas de residuos causen daños importantes por impacto. La erosión por sedimentos en las superficies de las cucharas y en las válvulas de aguja es el principal problema de mantenimiento en las centrales Pelton situadas en cuencas con alta carga de sedimentos [6].
Ancho de ranura Coanda recomendado: 0,5–1,0 mm: la filtración más fina posible en la práctica para proteger componentes de alto valor como el inyector y las cucharas.
Recomendación de ADENCO: Para las centrales Pelton seleccionamos los anchos de ranura más estrechos disponibles. El coste del alambre en cuña de ranura estrecha es pequeño frente al coste de una sola revisión del rodete Pelton.
Turbinas Francis (carga media: 30–300 m)
Las turbinas Francis son turbinas de reacción en las que el agua fluye radialmente hacia el interior a través de los álabes directrices y de los álabes del rodete. Los bordes de ataque y de salida de los álabes del rodete son las partes más expuestas a la erosión [2].
Vulnerabilidad: Alta. Los rodetes Francis son componentes fundidos de precisión. La erosión en los bordes de ataque de los álabes altera el patrón de flujo previsto, reduce el rendimiento y provoca cavitación, que acelera el deterioro posterior.
Ancho de ranura Coanda recomendado: 1,0–1,5 mm: un equilibrio entre la exclusión de residuos flotantes y los mayores volúmenes de caudal habituales en las centrales Francis.
Recomendación de ADENCO: En las centrales Francis, el requisito de diseño más importante es ajustar la capacidad de la rejilla al caudal de diseño de la turbina. Las baterías Coanda de varios paneles son habituales en centrales Francis donde el ancho de un solo panel resulta insuficiente.
Turbinas Kaplan (carga baja: 2–40 m)
Las turbinas Kaplan son turbinas de hélice de flujo axial con álabes regulables. Funcionan con carga baja y caudal elevado.
Vulnerabilidad: moderada frente al impacto de residuos flotantes, pero alta frente a los sedimentos. Los bordes de salida exteriores y la parte superior de la cámara del rodete son los más propensos a la erosión [5]. Los grandes volúmenes de caudal implican que atraviesan el sistema cantidades considerables de residuos flotantes.
Enfoque de rejilla recomendado: En general, las rejillas Coanda no se recomiendan para las centrales Kaplan por la pérdida de carga inherente a la tecnología (450–1.270 mm en las rejillas estándar de ADENCO, más en fabricaciones a medida). En emplazamientos con solo 2–10 m de carga hidráulica disponible, perder 0,45–1,3 m de carga en la rejilla de toma resulta a menudo inaceptable. La Coanda Design Guide del US Bureau of Reclamation (USBR) (Wahl, 2003, informe R-2003-03) [4] señala lo mismo: cuando se dispone de menos de 1 m de caída aproximadamente, solo es posible un ángulo de rejilla reducido, y en una central de baja carga la caída que necesita la rejilla supone una parte importante de la carga total. Para las centrales Kaplan suelen ser más apropiadas las rejillas de banda o los cilindros sumergidos de alambre en cuña.
Resumen: diseño de la rejilla según el tipo de turbina
| Tipo de turbina | Carga hidráulica típica | Sensibilidad a los residuos | Ranura recomendada | ¿Apta para Coanda? |
|---|---|---|---|---|
| Pelton | >200 m | Extrema | 0,5–1,0 mm | Ideal: la pérdida de carga es insignificante respecto a la carga total |
| Francis | 30–300 m | Alta | 1,0–1,5 mm | Sí: pérdida de carga aceptable por encima de ~50 m de carga total |
| Turgo | 50–250 m | Alta | 0,5–1,0 mm | Sí: similar a las aplicaciones Pelton |
| Crossflow | 5–200 m | Moderada | 1,0–2,0 mm | Sí en emplazamientos con >30 m de carga hidráulica; en el límite en emplazamientos con menos carga |
| Kaplan | 2–40 m | Moderada | N/A | Generalmente no: la pérdida de carga es demasiado significativa |
Pérdida de carga: la limitación crítica de diseño
La pérdida de carga entre la cresta del azud y el borde inferior de una rejilla Coanda es normalmente de 450–1.300 mm según la literatura publicada [3][8]; las rejillas estándar de ADENCO tienen alturas de caída de 450, 700 y 1.270 mm, y pueden fabricarse rejillas a medida con una caída mayor. Se trata de una característica inherente a la tecnología: el agua debe acelerarse sobre la placa y recorrer toda la longitud de la rejilla por gravedad.
En una central Pelton con 200 m de carga hidráulica, 1,0 m de pérdida de carga en la toma representa el 0,5 % de la carga total: insignificante. En una central Francis con 50 m de carga hidráulica, representa el 2,0 %: aceptable para la mayoría de los operadores dado el ahorro en mantenimiento. En una central Kaplan con 10 m de carga hidráulica, representa el 10 %: una reducción grave del rendimiento que suele excluir la tecnología Coanda.
La regla práctica: las rejillas Coanda están justificadas económicamente en centrales con una carga hidráulica total superior a unos 30 m, donde la pérdida de carga representa menos del 3–4 % de la carga hidráulica total disponible. Por debajo de ese umbral, la pérdida de generación eléctrica causada por la carga que consume la rejilla suele superar el ahorro en mantenimiento.
Para evaluar el efecto de la pérdida de carga en su central concreta, utilice la relación:
Impacto anual en los ingresos (%) ≈ (pérdida de carga de la rejilla ÷ carga bruta) × 100
En una central con 100 m de carga hidráulica que produce 200.000 £/año de ingresos por electricidad, una pérdida de carga de 1,0 m cuesta aproximadamente 2.000 £/año: fácilmente justificable frente al coste de la mano de obra de limpieza manual de la rejilla, el mantenimiento de la turbina por daños causados por residuos y la generación eléctrica perdida por episodios de obstrucción de la rejilla.
Cumplimiento en protección de peces para energía hidroeléctrica
El cribado para la protección de peces ya no es opcional en energía hidroeléctrica. Los marcos normativos de todos los mercados principales exigen ya un cribado en la toma que impida el arrastre y el atrapamiento de peces:
- Directiva Marco del Agua de la UE (EU WFD): exige que todas las aguas continentales alcancen un «buen estado ecológico», lo que cada vez más obliga a instalar sistemas de protección de peces en los puntos de toma de agua [10]
- Environment Agency del Reino Unido (EA): apertura máxima de rejilla de 3 mm en cuencas de montaña; 1 mm cerca de los límites de marea para la protección de la angula [11][12]
- Eels Regulations 2009 del Reino Unido: cribado obligatorio en las tomas para impedir el arrastre de anguilas [12]
- Sección 316(b) de la US EPA: velocidad máxima en la toma de 0,5 pies por segundo (0,15 m/s) y mortalidad por impacto inferior al 24 % [13]
- Natural Resources Wales: requisitos específicos de protección de peces para todas las tomas de agua hidroeléctricas [14]
Las rejillas Coanda pueden suministrarse para cumplir la mayoría de los requisitos de protección de peces porque:
- Anchos de ranura de 0,5–2,0 mm excluyen físicamente todos los peces salvo los estadios larvarios más pequeños
- Sin succión ni impacto: los peces no son atraídos contra la superficie de la rejilla; los residuos flotantes y los peces son arrastrados sobre la rejilla y transportados aguas abajo
- Velocidades de aproximación bajas que se consiguen mediante un dimensionamiento correcto de la rejilla
Para una orientación normativa detallada, consulte nuestra guía de cumplimiento en protección de peces: Rejillas de toma de agua respetuosas con los peces: cumplimiento de la Sección 316(b) y de la normativa de la UE.
En muchos emplazamientos hidroeléctricos, el requisito de protección de peces justifica por sí solo la inversión en Coanda: alcanzar el mismo estándar normativo con rejillas convencionales exige normalmente sistemas mecánicos motorizados con costes de inversión y de operación considerablemente más altos.
Consideraciones de clima frío y estacionales
Muchos emplazamientos hidroeléctricos operan en climas fríos donde el hielo frazil (pequeños cristales de hielo arrastrados por el agua en movimiento), la acumulación de nieve y las temperaturas bajo cero plantean dificultades en la toma desde noviembre hasta marzo.
Una investigación realizada en la NTNU (Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología) documentó dos mecanismos distintos de obstrucción por hielo en rejillas Coanda [15]:
- Tipo I: hielo blando adherido a las superficies del alambre en cuña: normalmente manejable con un caudal suficiente
- Tipo II: hielo sólido formado entre los alambres en cuña a temperaturas extremas (por debajo de -14 °C): requiere intervención activa
Para centrales hidroeléctricas en climas fríos, ADENCO diseña rejillas con equipos antihielo: resistencias eléctricas integradas en el bastidor de la rejilla, recirculación de agua caliente o sistemas de difusión de aire caliente. Los grados L de bajo carbono resisten la sensibilización derivada del ciclado térmico de las rejillas calefactadas, y la selección del grado para rejillas calefactadas se confirma durante la revisión por un ingeniero de ADENCO.
La carga estacional de residuos flotantes también influye en el diseño. La caída de la hoja en otoño en cuencas boscosas representa el mayor riesgo de obstrucción para cualquier rejilla de toma. La central hidroeléctrica de Lodore Falls, en el Reino Unido (una cuenca boscosa), sufría la obstrucción de la rejilla de cesta de alambre en cuestión de horas durante el otoño antes de pasar a una rejilla Coanda [3]. Tras instalar la rejilla Coanda, la superficie barrida por el flujo asumió la carga de hojas sin intervención.
Para una exposición completa de las tecnologías antihielo, consulte: Tecnología antihielo para rejillas de toma de agua.
Comportamiento en instalaciones en servicio: casos prácticos europeos
Más de 40 centrales hidroeléctricas de carga media y alta en Europa utilizan hoy rejillas de toma Coanda, principalmente en los Alpes y en el Reino Unido [3][4]. Los casos prácticos publicados documentan mejoras de comportamiento constantes:
Lodore Falls, Reino Unido: central Turgo de 170 kW
- Carga hidráulica: 150 m brutos
- Caudal: 235 l/s
- Turbina: Turgo
- Toma anterior: rejilla de cesta de alambre: se obstruía en cuestión de horas durante la caída de la hoja en otoño
- Resultado con Coanda: funcionamiento autolimpiante durante todas las estaciones. El operador de la central estimó un aumento del 15 % en la producción anual (partiendo de una base de 700–800 MWh), lo que genera más de 7.000 US$ de ingresos anuales adicionales y un retorno de la inversión en dos años de la rejilla Coanda [3][4].
Emplazamientos alpinos: varias centrales
En emplazamientos alpinos de Austria, Suiza y el norte de Italia se han instalado rejillas Coanda como modernización en lugares donde los azudes tiroleses tradicionales y las rejas de barras fijas no podían asumir las elevadas cargas de sedimentos durante el deshielo primaveral y las tormentas de verano. Estos emplazamientos comunican:
- Mantenimiento manual drásticamente reducido: de la limpieza semanal o diaria con rastrillo a únicamente una inspección anual
- Mejor estado de la turbina: intervalos más largos entre revisiones del rodete gracias a la menor entrada de sedimentos
- Mayor generación eléctrica anual: menos paradas forzosas por obstrucción de la rejilla durante episodios de alta carga de residuos flotantes
Modernización en el Reino Unido: una central salvada del desmantelamiento
En una central documentada del Reino Unido, la toma existente se había vuelto tan problemática que el operador se planteaba desmantelar la central por completo. La modernización con Coanda restableció un funcionamiento fiable y la central sigue generando electricidad [3].
Estos resultados son coherentes con lo que observamos en los emplazamientos hidroeléctricos de ADENCO: la combinación de eliminación pasiva de residuos flotantes, filtración fina y funcionamiento por gravedad genera un retorno económico que justifica la inversión en la mayoría de los emplazamientos; la evaluación publicada de Lodore Falls situó la amortización de esa central en unos dos años, y la cifra de cada emplazamiento concreto se calcula a partir de sus propios registros de generación eléctrica y de mantenimiento.
Cuándo NO utilizar una rejilla Coanda en energía hidroeléctrica
ADENCO es fabricante de rejillas Coanda, pero no recomendamos nuestro producto para todos los proyectos hidroeléctricos. Las rejillas Coanda no son la opción adecuada cuando:
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La carga total es inferior a 30 m. La pérdida de carga de 450–1.270 mm en la rejilla (las alturas de caída estándar de ADENCO) consume una proporción demasiado grande de la carga hidráulica disponible. En centrales de baja carga (Kaplan, Francis de baja carga), las rejillas de banda o las rejillas cilíndricas sumergidas resultan más apropiadas.
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El agua bruta arrastra muy pocos residuos flotantes. Si la cuenca es rocosa, con vegetación escasa y transporta pocos residuos orgánicos, una reja de gruesos convencional puede ser totalmente suficiente y cuesta menos.
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Se requiere un caudal muy elevado con poca carga hidráulica. Las rejillas Coanda proporcionan aproximadamente 140 l/s por metro de ancho de azud con la geometría de referencia del USBR [8], y 150 l/s por metro en la ADENCO-127. Para centrales que requieren miles de litros por segundo con poca carga hidráulica, el ancho de rejilla necesario puede resultar poco práctico.
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El emplazamiento no cuenta con un azud natural ni con desnivel. Las rejillas Coanda requieren que el agua vierta sobre una cresta del azud. Si la toma de agua es de canal lateral o de tipo sumergido y no existe un desnivel natural, la obra civil necesaria para crear un azud adecuado puede resultar prohibitiva en coste.
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Condiciones extremas de hielo frazil sin presupuesto para antihielo. En los climas fríos más severos (temperaturas sostenidas por debajo de -14 °C), las rejillas Coanda requieren equipos antihielo. Si el presupuesto del proyecto no puede asumir el antihielo, una toma de agua sumergida puede resultar más práctica.
Ser honestos sobre estas limitaciones genera más confianza entre nuestros clientes de energía hidroeléctrica que prometer más de lo que podemos ofrecer.
Proceso de diseño de las rejillas ADENCO para energía hidroeléctrica
Cada rejilla ADENCO para energía hidroeléctrica se diseña para el emplazamiento concreto. Nuestro proceso:
Paso 1: Evaluación del emplazamiento
Revisamos la carga bruta de la central, el caudal de diseño, las características de la cuenca (vegetación, carga de sedimentos, zona climática) y los requisitos normativos (protección de peces, permisos ambientales).
Paso 2: Diseño adaptado a la turbina
En función del tipo de turbina, seleccionamos el ancho de ranura, el perfil del alambre y el ángulo de inclinación que proporcionan la exclusión de residuos flotantes requerida maximizando al mismo tiempo la capacidad de caudal.
Paso 3: Dimensionamiento de la rejilla
Con el caudal de diseño y la capacidad por metro de ancho específica del emplazamiento (ajustada según el ancho de ranura, el ángulo de inclinación y la carga hidráulica disponible), calculamos el ancho de rejilla necesario. En centrales de mayor tamaño, diseñamos conjuntos de varios paneles de rejilla con cámaras de recogida independientes. Para una metodología de dimensionamiento detallada, véase: Cómo dimensionar una rejilla de toma Coanda.
Paso 4: Selección de materiales
En función de la química del agua (en particular la concentración de cloruros, el pH y el rango de temperatura) seleccionamos entre nuestros seis grados de acero inoxidable. Los emplazamientos de energía hidroeléctrica en agua dulce se suministran en el grado estándar 304. Los emplazamientos con influencia de cloruros o de agua de mar (estuarinos o costeros) requieren 316L o superior. Para orientación sobre la selección de materiales, consulte: Acero inoxidable 304 frente a 316 para rejillas de toma de agua.
Paso 5: Medidas para climas fríos
En emplazamientos situados en zonas de clima frío, seleccionamos opciones antihielo (calefacción eléctrica, recirculación de agua templada o difusor de aire caliente) y elegimos los grados de acero inoxidable adecuados para rejillas sometidas a ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento.
Paso 6: Fabricación y entrega
Cada rejilla se fabrica según los requisitos del proyecto y se entrega con instrucciones de instalación. ADENCO presta soporte técnico hasta la puesta en marcha incluida.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la mejor rejilla de toma de agua para la energía hidroeléctrica comercial y de gran escala?
En centrales hidroeléctricas de carga media y alta (por encima de unos 30 m de carga total), las rejillas Coanda ofrecen la mejor combinación de filtración fina de residuos flotantes, funcionamiento pasivo y bajo coste de ciclo de vida. Más de 40 centrales hidroeléctricas comerciales europeas utilizan rejillas de toma Coanda. En centrales de baja carga (por debajo de 30 m), las rejillas de banda o los cilindros sumergidos de alambre en cuña suelen ser más apropiados. Para una comparación directa de todas las tecnologías de toma, véase: Rejilla Coanda vs. reja de barras fija vs. rejilla de tambor.
¿Cuántos residuos flotantes eliminan las rejillas Coanda?
Las rejillas Coanda, con anchos de ranura habituales de 0,5–2,0 mm, excluyen prácticamente todos los residuos flotantes mayores que el ancho de ranura: hojas, ramitas, ramas, grava y la mayor parte del material orgánico. Solo atraviesan la rejilla los limos finos y el material disuelto de tamaño inferior al ancho de ranura. En centrales hidroeléctricas se ha documentado que esto reduce drásticamente las necesidades de mantenimiento de la turbina y prolonga los intervalos de revisión del rodete.
¿Funcionan las rejillas Coanda en condiciones invernales en emplazamientos hidroeléctricos?
Sí, con los equipos antihielo adecuados. ADENCO incluye antihielo en todas las centrales hidroeléctricas situadas en zonas de clima frío. Para una guía completa sobre la ciencia del hielo frazil y 5 métodos de prevención, véase: Tecnología antihielo para rejillas de toma de agua.
¿Cuál es la pérdida de carga de una rejilla de toma Coanda?
La pérdida de carga entre la cresta del azud y el borde inferior de una rejilla Coanda es normalmente de 450–1.270 mm en las rejillas estándar de ADENCO (450, 700 o 1.270 mm de altura de caída; más en rejillas a medida), según la longitud de la rejilla, el ancho de ranura y el caudal de diseño. En centrales Pelton de gran carga (más de 200 m), esto representa menos del 0,5 % de la carga total: despreciable. En centrales Francis de carga media (50–100 m), representa un 1–2 %. En centrales Kaplan de baja carga, la pérdida de carga puede superar el 5–10 % de la carga total, lo que suele ser inaceptable.
¿Ofrecen las rejillas Coanda protección de peces en las tomas hidroeléctricas?
Sí. Las rejillas Coanda excluyen físicamente a los peces mediante anchos de ranura estrechos y no generan succión ni impacto contra la rejilla: los peces son arrastrados sobre la superficie y transportados aguas abajo con el caudal excedente. Para orientación detallada sobre cumplimiento normativo, incluidas la Section 316(b), la EU WFD, la UK EA y la normativa sobre la anguila, véase: Rejillas de toma de agua con protección de peces.
¿Cuánto mantenimiento requiere una rejilla Coanda en un emplazamiento hidroeléctrico?
Inspección visual anual y lavado a presión ocasional (cada 2–5 años): frente a la limpieza con rastrillo diaria o semanal de las rejas de gruesos convencionales. En la central de Lodore Falls, en el Reino Unido, la anterior rejilla de cesta de alambre se obstruía en cuestión de horas durante el otoño; la rejilla Coanda que la sustituyó funciona de forma continua sin intervención. Para el programa de mantenimiento completo, basado en más de 10 años de datos de operación, véase: Mantenimiento de rejillas Coanda.
¿Puede modernizarse una toma de agua hidroeléctrica existente con una rejilla Coanda?
Sí, siempre que el azud existente sea lo bastante ancho para alojar el panel de rejilla y lo bastante alto para proporcionar la altura de caída que la rejilla necesita (de 450 a 1.270 mm en las rejillas estándar de ADENCO). La rejilla de Lodore Falls, en el Reino Unido, fue una modernización sobre un azud existente y solo requirió una cámara de recogida, la rehabilitación de la cresta del azud y un ajuste menor de la tubería. No obstante, si el diseño hidráulico existente está en el límite (en particular si la carga hidráulica disponible es reducida), la modernización puede no ser viable. ADENCO evalúa la idoneidad de la modernización como parte de la evaluación inicial del emplazamiento.
¿Cuánto cuesta una rejilla Coanda para una central hidroeléctrica?
El coste depende del ancho de la rejilla (determinado por el caudal de diseño), del ancho de ranura, del grado de acero inoxidable y de las medidas para clima frío que se requieran. Para un análisis detallado de los factores de precio, véase: ¿Cuánto cuesta una rejilla Coanda?. Los casos prácticos publicados muestran periodos de amortización de aproximadamente dos años en centrales donde las rejillas Coanda sustituyeron a tomas convencionales problemáticas, sobre la base del aumento de los ingresos anuales por electricidad y de la reducción de los costes de mantenimiento.
Referencias
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Publicado por ADENCO: Advanced Engineering Coanda Intake Screens. ADENCO diseña y fabrica rejillas de toma Coanda específicas para cada proyecto destinadas a centrales hidroeléctricas de todo el mundo, desde microcentrales de 10 kW hasta plantas de varios MW. Cada rejilla se diseña para su tipo de turbina, las condiciones del emplazamiento y los requisitos normativos. Solicitar asesoramiento sobre tomas para energía hidroeléctrica →