turbinas hidraulicas-LISCIO

8/15/2019 turbinas hidraulicas-LISCIO

http://slidepdf.com/reader/full/turbinas-hidraulicas-liscio 1/133

1) Principios Teóricos Generales

2) Clasificación Turbinas Hidráulicas3) Turbinas Francis4) Turbinas Kaplan5) Turbinas Pelton6) tros tipos de turbinas !idráulicas") #a$ores centrales !idroel%ctricas del &undo') Centrales !idroel%ctricas en (rentina*) Pro$ectos de apro+ec!a&ientos !idroel%ctricos en (rentina

#á,uinas (lternati+as $ Turbo&á,uinas



Las turbomáquinas son &á,uinas rotati+as,ue per&iten la transferencia ener%tica

entre un fluido $ un rotor pro+isto de álabes-&ientras el fluido pasa a tra+%s de ellos.





/ 0 /elocidad absoluta

del fluido/u 0 Co&ponenteiratoria.

/a 0 Co&ponenteaial./ 0 Co&ponente

radial./& 0 /elocidad&eridiana

/& 0 / /a




Fuer7a e8ercida entre fluido $ álabe 9 Co&ponentes:

• ;&pu8e (ial

• (cción adial

• (cción Tanencial




;ner<a transferida entre fluido $ álabes por unidad de &asa de fluido:

;ner<a transferida entre fluido $ álabes por unidad de peso de fluido:

2211

..1

uu V U V U

g

H

2211

..1

uu V U V U g

E




Cambio en la Energía Estática

o Carga Estática

Cambio en la Energía cinética

o Carga Dinámica




Cara diná&ica: epresenta el ca&bio en la ener<a

cin%tica transferida por unidad de asto

de &asa.

Cara estática: epresenta el traba8o o ener<a debido a

la acción centr<fua.

epresenta la cara estática oriinada por

el ca&bio de &anitud de la +elocidad

relati+a entre la entrada $ la salida




E

estática E

G R

)(

• Turbo&á,uinas de eacción = > Gr > 1

•

Turbo&á,uinas de (cción ?@&pulso)

Gr 0 =




Ai&ilitud f<sica i&plica:

• Ai&ilitud G;#BT@C(.• Ai&ilitud C@;#T@C(.

•

Ai&ilitud D@#@C(.




Para una unidad?D0cte)

Para serie de unidadessi&ilares

?0cte)Capacidad o asto Q ∝ N Q ∝ D³

Cara H ∝ N² H ∝ D²

Potencia P ∝ N³ P ∝ D5

Par o #o&ento M ∝N² M ∝D5

V ariando simultáneamente N y D se obtienen los coeficientes de funcionamiento:




4/5

22

2/1

53

4/5

2/1

.

.

...

D N

g H

D N g P

C

C n

H

P s

4/5

2/1

4/5

2/1

][

]].[[.

m

CV rpm

H

P N n s




Cara Teórica

Cara eta

g V V

g U U

g V V H r r

.2.2.2

2

1

2

2

2

2

2

1

2

2

2

1

)(.2

22

se

c

se sen z z

g

g p p

g

V V H

;ner<a teórica&ente tranferidaentre el fluido $ los álabes

Gradiente de cara diná&ica entre la

entrada $ la salida de la turbina

pn H H H

Hp: P%rdidas !idráulicas

Cara teórica 9 eta E P%rdidas




endi&iento Hidráulicon

h H

H

Q

qQv

endi&iento /olu&%trico

mvh

n

flecha

H Q

P

..

..

Rendimiento Global

endi&iento #ecánico




Factores principales de p%rdida de ener<a

Fricción Aeparacióno c!o,ues ecirculación Fuas

Ca+itación

La cavitación se produce cuando la presión en algún

punto o zona de la corriente del fluido desciende por

debajo de la presión de saturación del vapor a la

temperatura que se encuentra el fluido.

Produce una disminución del rendimiento

hidráulico, pero el efecto más grave es la erosión de

los álabes.




La turbina &ue+e un enerador el%ctrico s<ncrono

;l enerador s<ncrono ira a una +elocidad dada por:

p

f N

.60

f frecuencia de la corriente en ciclosse

p I&ero de pares de polos del rotor

/elocidad de iro del rotor en rp&

/ar<a entre "2 $ 6== rp&



Dirección delFlu8o


AeIn el paso del fluido a tra+%s de los álabes puede ser en:

Flu8o adial Flu8o (ialFlu8o

Tanencial

Turbina Francis Turbina Kaplan Turbina Pelton



Grado deeacción


AeIn el rado de reacción

Gr 0 = = > Gr > 1

Turbina PeltonTurbina Francis

$ Kaplan




Turbina Francis &ita

Turbina Francis pura

peran con caras &edias- entre 2= $ *== &etros

Ae caracteri7an por su confiabilidad- si&ple7a $ eficiencia ?*5J)

Potencia &ái&a: '== #

#á i (l i T b á i




#á i (lt ti T b á i




odete &ó+il o rotor





Ca8a espiral o Caracol

Ducto ali&entador

Aección circular Diá&etro decreciente /elocidad entre 2 $ 6 &s.





Distribuidor

labes de paso +ariable

eula el asto Transfor&a ener<a depresión en ener<a cin%tica





Distribuidor 9 eulación de la Potencia

La +ariación en &anitud de /1 se lora ca&biando la dirección de /1.

H Q P ... 10

. RV AQ






/1 ataca el álabe

seIn un ánuloα1.

De la dirección de/1 depende el

asto ?/1) $ latransferencia deener<a ?/u1)

La &anitud de /1no se &odifica con

la reulación

111 RV U V






222 RV U V

Ae pretende ,ue /2 sea radial- $a ,ue de esta &anera- /u2 0 =$ la ecuación de transferencia ener%tica ,ueda:

g

V U H u11.






Ai dis&inu$e lapotencia:

Ae cierra eldistribuidor -reduce α1

#odifica /1 endirección.

Ae reduce /1 - porende- la potencia

/1 responde a un+alor inferior a β1

Ae produceseparación delaua del álabe

(parecenturbulencias Lη

Co&o &ái&o- η= "5J.

Ai au&enta lapotencia:

Ae abre eldistribuidor-au&enta α1

#odifica /1 endirección.

(u&enta /1 -por ende- lapotencia

/1 responde aun +alor superiora β1

Ae producec!o,ue del auaen el álabe

(parecen+ibraciones Lη

Aobrecarasad&isibles del 15o 2= J

Diara&a entrada






Ai dis&inu$e lapotencia:

(l cerrarse eldistribuidor-dis&inu$e /r1 $por lo tanto /r2

/2 de8a de serradial

(parece una

co&ponente /u2

Dis&inu$e latransferenciaener%tica $ se

producerecirculación

Diara&a salida Ai au&enta lapotencia:

(l abrirse eldistribuidor-au&enta/r1 $por lo tanto /r2

/2 de8a de serradial

(parece una

co&ponente /u2

Dis&inu$e latransferenciaener%tica $ se

producerecirculación





Distribuidor 9 (rran,ue de la Turbina

1) Ae +a abriendo el distribuidor- al &is&o tie&po ,ue se incre&enta la ecitación del

enerador.2) (l conectar el enerador a la red- %ste tenderá a reducir su +elocidad3) ;l obernador- &andará al ser+o&otor para ,ue abra el distribuidor4) ;n turbinas Francis el par de arran,ue es 1-6 a 1-' +eces el par a plena potencia

5) ;n turbinas Kaplan el par de arran,ue es 1-5 +eces el par a plena potencia

1) Ai el enerador se ,uedara instantánea&ente sin

cara- la turbina tender<a a e&balarse2) /r1 se sale de su posición $ el aua c!oca contra el álabe3) Ai el distribuidor se cierra rápida&ente- puede producirse el olpe de ariete4) Ae dispone de un b$Epass- ,ue co&unica la tuber<a de presión con el soca75) ;n turbinas randes- es preferible disponer una c!i&enea de e,uilibrio ?cuandoL H M 3).

Distribuidor 9 Parada de la Turbina




, $ ,




, $ ,

Tubo de desfoue o Difusor

Da salida al aua de la

turbina Con+ierte ener<a cin%ticadel aua en ener<a de presión

@ncre&enta la potencia de laturbina- $a ,ue P 0 N . Op




, $ ,


La ener<a recuperada es &a$or cuanto &a$or es la ns de la turbina-

por,ue la ener<a cin%tica a la salida es ele+ada. ( la salida del difusor- la ener<a cin%tica residual debe ser &<ni&a na +ál+ula de l<&ite de presión se instala- para pre+enirdepresiones pelirosas- per&itiendo la entrada de aire La for&a del tubo de desfoue puede ser:

Acodado Cónico

;l ensanc!a&ientofinal per&ite reducirla lonitud del tubo.




, $ ,


;l rendi&iento del difusor ηd es del orden del *= J

Altura Geométrica / Altura de Aspiración

p

aaS h

g

V V p p Z Z H

.2

2

3

2

222

g

V V

h g

V V

erecuperabl cinticaenerg!a

recupera"acinticaenerg!a p

"

.2

.22

3

2

2

2

3

2

2

g

V V p p H "

aS

.2

2

3

2

22




;l parámetro de cavitación σ se define por:

Hs puede ser positi+o o neati+o- el criterio lo fi8a el parámetro de cavitación”

a

S

p H

p

g

V

2

2

2

.2

n

S at

H

H H

S at H H p

g

V

2

2

2

.2

at a H

p

Donde:

•

u&erador: cara de +elocidad &ás cara de presión a la salida del rotor• Deno&inador: cara neta sobre la turbina




Los +alores del parámetro de cavitación” se establecen por eperi&entación




1. Partiendo de H $ N- se esti&a η lobal ?'"J ral&ente)- se calcula la P

disponible.

2. AeIn el ser+icio- se puede esti&ar la Punitaria $ el nI&ero de unidades.

3. Definido N $ Punitario $ conocido H- se esti&a ns- teniendo presente σ.

4. L

a +elocidad de iro se saca de la fór&ula de ns $ se a8usta con la sincron<s&o.

5. Las di&ensiones del rotor $ la turbina se deter&inan por los coeficientes

funda&entales.

6. Las di&ensiones de la cá&ara espiral ,uedan condicionadas por N- H $ las

di&ensiones del rodete &ó+il.

". ;l tubo de desfoue se obtiene en función de Hs $ de di&ensiones del rotor.




peran con caras &enores a los "=

&etros $ randes caudales

Tienen álabes reulables ,ue per&iten

lorar un rendi&iento estable en un

rano de operación a&plio Potencia &ái&a: 3== #

/ariantes de este tipo son las turbinas

hélice $ las turbinas bulbo

La +elocidad espec<fica es &u$ alta

3== > ns > 11==




Cá&ara de ali&entación

Distribuidor

Cubo del rotor

labes del rotor

Tubo de desfoue




Desaparece el t%r&ino de acción centr<peta debido a ,ue la +elocidad de

arrastre conser+a el &is&o +alor a la salida ,ue a la entrada- $a ,ue no

!a$ traslación radial del aua

;ner<a Transferida

g

V V

g

V V E r r

.2.2

2

1

2

2

2

2

2

1

Carga EstáticaCarga Dinámica

Grado de eacción

1

1

2

1

2

2

2

2

2

1

r r

R

V V

V V G

Co&o /1 M /2 $ /r2 M /r1 = > G > 1




;l aua ataca el álabe seIn con una /1

La /r1 debe incidir sobre el álabe e+itando separación o c!o,ues La &anitud de /a a la entrada se conser+a a la salida La /2 se procura ,ue sea aial- para tener un buen desfoue La /r2 saldrá tanente al álabe La cur+atura del álabe- !ace ,ue /2 > /1 $ /r2 M /r1 (u&enta ; ;l diseQo de los álabes suele !acerse para el '= J de la capacidad de la turbina

11 r V U V

22 r V U V




111 r V U V

Ai se ,uiere una &ái&a acción de lacantidad de &o+i&iento- con+iene ,ue

el borde de ata,ue del álabe correspondacon la dirección ,ue en cada punto eie la +elocidad relati+a Ai /1 se &odifica en dirección- &anteni%ndose constante 1 - /r1 se&odifica en dirección $ en &anitud- produci%ndose separación oc!o,ues Ae corrie la incidencia &odificando el paso de los álabes




peran con caras entre 1== $ 1'== &etros

Aola&ente apro+ec!an la ener<a cin%tica del aua. G 0 =

Potencia &ái&a: 5== #

La +elocidad espec<fica es ba8a 1= > ns > 6=




;8e Hori7ontal ;8e /ertical 9 R @n$ectores por ueda

ueda Pelton constitu<da por un disco de

acero con álabes perif%ricos labes con for&a de doble cuc!ara labes fundidos en una sola pie7a con el

disco o abulonados al &is&o

ns N labes &ás randes




Di&ensiones proporcionales al diá&etro del c!orro Diá&etro del c!orro proporcional al S de la rueda $ ns

#aterial: (cero al carbono- con n<,uel- cro&o $ &olibdeno α es del orden de los 2=R

β está entre los 'R $ los 12R Ae produce una entalladura en los álabes para colocar cerca los in$ectores




;ner<a Transferida

g

V V E

.2

2

2

2

1

Condición para la &ái&a utili7ación

cos1c

r

g

V U E

c g

V E

E

2

2

2

2

1

1

V

U




FC@;A @;CT (li&entación

eulación Con+ersión de la ener<a de presión en ener<a de +elocidad

FC@U D;FL;CT

Des+iar el c!orro fuera de la rueda- cuando la turbina se ,ueda+iolenta&ente sin cara




Funcionan en a&bos sentidos ?turbina $ bo&ba)

Tipo Francis- Deria7- Vulbo Tie&po de puesta en &arc!a reducido ?alunos &inutos)

;n los per<odos de ba8a de&anda se usa ener<a sobrante de la red

para el bo&beo del aua al e&balse

;n los picos de ener<a se turbina el aua desde el e&balse

superior Para &e8orar el rendi&iento co&o bo&ba se debe sacrificar el

rendi&iento co&o turbina




Funcionan en a&bos sentidos ?turbina $ bo&ba)

Tipo Francis- Deria7- Vulbo

Tie&po de puesta en &arc!a reducido ?alunos &inutos)

;n los per<odos de ba8a de&anda se usa ener<a sobrante de la red

para el bo&beo del aua al e&balse

;n los picos de ener<a se turbina el aua desde el e&balse

superior Para &e8orar el rendi&iento co&o bo&ba se debe sacrificar el

rendi&iento co&o turbina




;8e !ori7ontal &enores eca+aciones

Pueden operar en a&bos sentidos

peran con caras entre 1 $ 15 &etros

;l rotor posee álabes orientables

La +elocidad espec<fica es &u$ alta 6== > ns > 115=

tili7ada en cuencas flu+iales de randes caudales $ en

centrales &areo&otrices





Pueden operar en a&bos sentidos

peran con caras entre 1 $ 15 &etros


La +elocidad espec<fica es &u$ alta 6== > ns > 115=

tili7ada en cuencas flu+iales de randes caudales $ en

centrales &areo&otrices





peran con caras entre 2 $ 3= &etros


;l enerador +a instalado al eterior- reduciendo su costo

Pueden presentarse proble&as de sellado de la flec!a-+ibración $ desfoue



Turbina Deria7. La caracter<stica principal deeste tipo de turbinas es ,ue tienen los álabes de

rodete articulados- de for&a ,ue pueden irar

sobre un e8e ,ue las une al e8e principal



Turbina radial de flu8o &ito

peran con caras entre 2= $ 2== &etros

Puede operar en a&bos sentidos


Co&bina las caracter<sticas de una Francis rápida $ una Kaplan

/elocidad espec<fica 15= > ns > 45=

labes colocados a 45R respecto del e8e de la turbina




Au eneración puede ser casi ininterru&pida

ecurso predecible- puede planearse con cierta antelación la producción

de ener<a Tiene un liero i&pacto &edioa&biental

na turbina de corriente &arina con una +elocidad de corriente de entre

2 $ 3 &s puede obtener unas cuatro +eces &ás potencia anual ,ue unaeroenerador e,ui+alente

Proble&ática de la corrosión

Los rotores pueden ser daQados por esco&bros del &ar La +ida &arina se puede ad!erir a las turbinas

Las labores de &anteni&iento de los rotores se reali7ará con &a$ores

dificultades $ peliro ,ue con las aeroturbinas




C!ina <o ants% Potencia instalada: 225== #

Construcción: 1**4 9 2==3 ?2=12)

L

onitud: 23== & 9 (ltura: 1'5 & 9 ;&balse: 3*.3 W&3

9;clusa para &anipular barcos ! 3=== ton

32 turbinas Francis: "== # 9 S *."1=.4 & 9 HD@A;X: '= & 9

N: 6==9*5= &3 s




Vrasil E Paraua$ <o Paraná Potencia instalada: 14=== #

Construcción: 1*"5 9 1*'4 ?2==6)

Lonitud: "*== & 9 (ltura: 1*6 & 9 ;&balse: 2* W&3

2= turbinas Francis: "== # 9 S '-6 & 9 HD@A;X: 11' & 9 N: 645

&3 s




(rentinaruua$ ?;ntre <os) <o ruua$ Potencia instalada:

1'*= #

Construcción: 1*"4 9 1*"* ?1*'3)

Lonitud: '5= & 9 (ltura: 6* & 9 ;&balse: 5 W&3

14 turbinas Kaplan: 135 # 9 H: 25 & E N: 5*= &3

s 9 S: '-5 &



<o Li&a$ ?eu,u%n) Potencia instalada: 12== #

Construcción: 1*6' 9 1*"2 ?1*"")

Lonitud: 254= & 9 (ltura: '6 & 9 ;&balse: 2= W&3

6 turbinas Francis: 2== # 9 H: 5' & E N: 4== &3 s




<o Li&a$ ?eu,u%n) Potencia instalada: 1=5= #

Construcción: 1*"* 9 1*'4

Lonitud: '5= & 9 (ltura: 135 & 9 ;&balse: 3-2 W&3

4 turbinas Francis: 2'= # 9 H: 116 &

Central de puntaY 9 1= &inutos para entrar en ser+icio




Fuente: "&MME#&




Central Garab<

Potencia @nstalada: 1152 #

Pla7o de construcción: 5 aQos

Presupuesto: A[ 2"2'

Lonitud: 243= & 9 (ltura: 4= & 9 ;&balse: "-3 W&3

' turbinas Kaplan: 144 # 9 H: 33 & E N: 35= &3 s


turbinas hidraulicas-LISCIO

Documents

Transcript of turbinas hidraulicas-LISCIO