Propuesta de metodología para el diseño estructural de ruedas hidráulicas overshot para aplicaciones en zonas rurales

Abstract

En el presente trabajo se propone una metodología para el diseño estructural de ruedas hidráulicas tipo Overshoot, con la ayuda de un caso de estudio concreto. Las dimensiones de las ruedas hidráulicas dependen de dos parámetros fundamentales, que son el caudal y la altura de caída. El caso de estudio desarrollado corresponde a un caudal de 0.06 m3/s y una altura de caída de 2.5 m, siendo representativo en las zonas rurales donde se pretende aplicar la metodología. Para obtener dicha metodología se realizó un estudio previo de los procedimientos existentes para el dimensionamiento general de ruedas hidráulicas. A partir del procedimiento identificado se elaboró el modelo geométrico de la rueda hidráulica, al cual se le realizaron algunas simplificaciones para facilitar el posterior análisis computacional. Asimismo se definieron y calcularon las cargas que producen el movimiento de la rueda hidráulica, que son la carga de impacto y las cargas volumétricas, las cuales fueron comprobadas mediante un método aproximado. Una vez definida la geometría y las condiciones de contorno necesarias se procedió a realizar el análisis estático y dinámico de la rueda hidráulica objeto de estudio, mediante simulación numérica computacional. Los resultados obtenidos fueron comparados con resultados analíticos aproximados para verificar la validez de los mismos. Tomado como base el caso de estudio se propone la metodología para el dimensionamiento, cálculo y verificación del diseño estructural de ruedas hidráulicas tipo Overshoot, el cual garantiza un factor de seguridad adecuado, superior a 3 en todos los componentes. Una particularidad de los diseños que se obtendrían al aplicar la metodología es que son desarmables, característica adecuada para las zonas de difícil acceso en el sector rural. Por último, utilizando la metodología propuesta se desarrolló una batería de casos que permitió ofrecer como producto final del trabajo un plano genérico con una tabla asociada, que permiten dimensionar fácilmente este tipo de ruedas hidráulicas. La tabla se puede emplear en una gama de caudales (0.06 m3/s – 0.015 m3/s) y caídas de agua (1.6 m - 2.5 m).