Caso representativo de ingeniería inversa · energía hidroeléctrica

Ingeniería inversa de un álabe Kaplan: de erosión por cavitación a potencia nominal

Una central canadiense recuperó una turbina Kaplan horizontal de 3 MW mediante un álabe optimizado, fundido y mecanizado a partir de una pieza dañada, sin sustituir toda la unidad.

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Escaneado de rodete Kaplan y reconstrucción CAD

El desafío

Una unidad de 3 MW que solo producía 2 MW.

La turbina sufría daños por cavitación y vibraciones crecientes. Su potencia útil había caído a 2 MW. El fabricante había cambiado de generación de producto y no había planos recuperables ni un recambio idéntico.

El cliente necesitaba recuperar potencia sin la inversión y la interrupción de sustituir toda la unidad. El álabe deteriorado debía aportar evidencia para un recambio que corrigiera, y no repitiera, el mecanismo de cavitación.

El desafío

La cavitación había alterado el perfil y el rendimiento.

La erosión modifica las caras de presión y succión que controlan el flujo. Al deteriorarse el perfil aumentan las vibraciones y disminuye la conversión energética. Copiar directamente la geometría desgastada reproduciría el riesgo.

Rodete Kaplan con superficies dañadas por cavitación

El enfoque

Escaneado 3D y CFD: recuperar el álabe y mejorarlo.

La captura completa se combinó con reconstrucción CAD y varias iteraciones de dinámica de fluidos computacional. El resultado fue una definición controlada para fundición y mecanizado, no una copia aislada del escaneado.

Capturar la superficie como evidencia técnica

Se registró el álabe, se documentaron zonas afectadas y se escaneó toda la superficie con precisión. Se creó una base CAD editable conservando evidencia para separar forma intacta y pérdidas por erosión.

Evidencia física conservada con la revisión técnica autorizada
Optimización hidráulica evaluada antes de fabricar
CAD final controla fundición y mecanizado

Escaneado y reconstrucción CAD del álabe Kaplan.

Reconstruir CAD y mejorar el comportamiento hidráulico

La base se convirtió en CAD de producción y se revisó con especialistas mediante varias iteraciones CFD. Se ajustó la línea media para reducir zonas de baja presión que favorecen cavitación y se añadió un anillo guía en el exterior del cubo para mejorar flujo y reducir vórtices.

Evidencia física conservada con la revisión técnica autorizada
Optimización hidráulica evaluada antes de fabricar
CAD final controla fundición y mecanizado

Análisis de desviaciones y optimización del álabe.

Fundir y mecanizar según el modelo aprobado

El modelo final optimizado definió fundición y mecanizado de acabado. El álabe se instaló en la unidad existente sin sustituir todo el conjunto.

Evidencia física conservada con la revisión técnica autorizada
Optimización hidráulica evaluada antes de fabricar
CAD final controla fundición y mecanizado

Modelo del álabe para fundición y mecanizado.

El resultado

Potencia nominal recuperada sin una turbina nueva.

El álabe optimizado se fundió y mecanizó según el modelo final y se instaló en la unidad Kaplan existente. Se recuperaron potencia y eficiencia, prolongando la vida productiva del activo.

PotenciaRecuperación de los 3 MW nominales

EficienciaRetorno al nivel de diseño

Estado del activoUnidad existente mantenida en servicio de red

Valor para el clienteInversión en una turbina nueva evitada

Álabe terminado tras fabricación controlada

Entregables

Un álabe nuevo devolvió el rendimiento de diseño a la unidad.

Una reconstrucción y optimización controladas convirtieron la pieza dañada en un recambio instalado y verificado, sin reemplazar toda la turbina.

CAD optimizado

Modelo paramétrico reconstruido a partir de escaneado preciso, mejorado con CFD y autorizado para fundición y mecanizado.

Álabe fabricado

Recambio fundido y mecanizado según el modelo final e instalado en la turbina existente.

Validación de instalación

La puesta en marcha confirmó potencia nominal y eficiencia conforme al objetivo del proyecto.

Opinión del cliente

“Tras recuperar la potencia, la unidad funcionó de forma estable y ya no tuvimos que considerar sustituir toda la turbina. Esta solución nos evitó una gran inversión.”Responsable de proyecto, central hidroeléctrica canadiense

Nota de publicación

Este caso se basa en un proyecto realmente entregado. Se han anonimizado datos del cliente y ciertos parámetros técnicos. Envíe información de su pieza mediante el sitio para una evaluación inicial de un proyecto similar.

Qué demuestra este caso

De digitalización a mejora hidráulica instalada.

Tres capacidades se conectan: captura completa sin planos, mejora guiada por CFD y fabricación en circuito cerrado desde datos autorizados hasta el componente instalado.

Análisis de desviaciones de superficie que apoya la optimización CFD

Un álabe dañado sigue siendo evidencia de ingeniería

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