Diseño mecánico y fabricación de un prototipo de bomba turbina integral

El presente proyecto consiste en el diseño de un prototipo a escala reducida de una Bomba-Turbina a partir de unos datos hidráulicos dados y de la experiencia adquirida en proyectos de versiones anteriores, atendiendo a restricciones hidráulicas y mecánicas. La Bomba-Turbina es una turbomáquina que aúna las características y funciones habituales de una turbina –transformación de energía hidráulica en energía mecánica– y de una bomba –transformación de energía mecánica en energía hidráulica–. De este modo, se consigue la plena autonomía energética de la máquina, que es capaz de obtener la energía necesaria para bombear agua del propio cauce fluyente en el que se instale.

El prototipo ha sido fabricado mediante impresión en 3D, por lo que ha sido necesario realizar el diseño de las piezas que componen el conjunto en CAD mediante el uso del programa SolidEdge. Durante la fase de diseño se ha puesto un especial énfasis en solventar los problemas detectados en versiones antiguas del prototipo, que estaban relacionados con la interacción de las piezas móviles y las fijas. Con el objetivo de evitar pérdidas en la eficiencia de la máquina se han estudiado con detenimiento los ajustes necesarios entre piezas o las tolerancias de los distintos procesos de fabricación y mecanizado. Además, una vez la geometría del prototipo ha sido definida, se realizan los planos necesarios para la fabricación de la máquina en los que se incluyen dimensiones e información necesaria para los procesos de mecanizado y posterior ensamblaje del conjunto.

Por último, se incluyen conclusiones en base a los ensayos del prototipo realizados tanto en TU Delft como en ICAI, y se esbozan ligeramente algunas consideraciones teóricas sobre hidráulica y mecánica que deberían ser tenidas en cuenta en el diseño de una máquina a escala real basada en el prototipo diseñado en este trabajo.

This project consists in the design of a Pump-Turbine reduced scale prototype with a special focus on the hydraulic and mechanical aspects. The model has been based on given hydraulic pieces of information and the experience that has been obtained in previous versions of the prototype. The Pump-Turbine is a turbomachine that combines the usual features and functions of a turbine – hydraulic energy transformation into mechanical energy – and a pump – mechanical energy transformation into hidraulic energy –. In this way, a full energy autonomy is achieved by the machine, which is able to obtain the needed energy to pump water from the flowing bed where it is installed.



This prototype has been manufactured by 3D printing. So that, it has been necessary to design the pieces that are part of the group using the CAD program SolidEdge. It has been important during the design process to consider those problems that were detected in old versions of the model and were related to the interaction among the rotating parts and the fixed ones. The needed fitting among pieces or the tolerances linked to different manufacturing and machining processes have been deeply studied with the core goal of reducing the machine efficiency losses. In addition, once the prototype geometry has been defined, the needed drawings for manufacturing the model are designed. Dimensions and key information for the machining processes and group assemble are included on these drawings.



Furthermore, conclusions based on the protype tests performed at TU Delft and ICAI are included. Lastly, some theoretical issues – about mechanics and hydraulics – that should be considered when designing a real scale machine based on this project model are slightly pointed