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Fluidos13 turbinashidraulicas-120229192000-phpapp01

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Fluidos13 turbinashidraulicas-120229192000-phpapp01

  1. 1. Turbinas hidráulicas José Agüera Soriano 2011 1
  2. 2. CLASIFICACIÓN 1. Centrales de agua fluyente 1. Centrales de agua fluyente 2. Centrales de agua embalsada 2. Centrales de agua embalsada a) de regulación a) de regulación b) de bombeo b) de bombeo 3. Centrales según la altura del salto 3. Centrales según la altura del salto a) de alta presión (H > 200 m) a) de alta presión (H > 200 m) b) de media presión (H entre 20 y 200 m) b) de media presión (H entre 20 y 200 m) c) de baja presión (H < 20 m) c) de baja presión (H < 20 m) José Agüera Soriano 2011 2
  3. 3. nivel superior turbina José Agüera Soriano 2011 nivel inferior 3
  4. 4. central José Agüera Soriano 2011 4
  5. 5. aliviaderos José Agüera Soriano 2011 5
  6. 6. José Agüera Soriano 2011 6
  7. 7. aliviadero canal de acceso tubería forzada central José Agüera Soriano 2011 7
  8. 8. Central de Bombeo depósito superior chimenea de equilibrio embalse inferior turbina/bomba José Agüera Soriano 2011 8
  9. 9. Tajo de la Encantada embalse inferior José Agüera Soriano 2011 9
  10. 10. Tajo de la Encantada depósito superior José Agüera Soriano 2011 10
  11. 11. Tajo de la Encantada central embalse tubería forzada chimenea de equilibrio conducción casi horizontal depósito superior José Agüera Soriano 2011 11
  12. 12. cuenca del río Duero metros sobre el nivel del mar Tormes Du ero Duero salto Villarino salto Saucelle José Agüera Soriano 2011 12
  13. 13. T URB INAS H IDRÁUL ICAS Conceptos previos Turbinas Pelton Turbinas Francis Turbinas Kaplan Turbinas bulbo José Agüera Soriano 2011 13
  14. 14. Flujo en tuberías con salida libre pérdida de carga SLL 1 2 línea piezométrica (LP) José Agüera Soriano 2011 14
  15. 15. LP i 2g H 2 VS 2g = pi γ pB γ Salida por tobera V LE LP LP V2 i 2g pB γ SLL V plano de carga inicial S A' pi γ SLL A' A línea piezo m étrica con plano de carga inicial línea piezom étrica con to bera línlíeea L L n apiepoimé V z etzcosin ri a moéera t b tr(ic ) Q as máx pérdida de carga 2 VS H 2g = VS B A VS B LE V2 2g S tobera B' B' Hr Hr H1 2 pB VS γ = H = 2g in t S oBbe ra V 2 VS (Q pB γ = H = 2g H1 VS línea piezométrica (LP) má ) x B S VS José Agüera Soriano 2011 15
  16. 16. Conducción de hidroeléctrica Villarino L = 15000 m H = 402 m D = 7,5 m; H r = 40 m D = 7,0 m; H r = 60 m D = 8,0 m; H r = 30 m José Agüera Soriano 2011 16
  17. 17. Potencia de un flujo Turbina de reacción Qm s  ρ ⋅ Q kg/s 3 Densidad : ρ kg m  Altura : H m  2 2 g ⋅ H m s (J/kg) 2 Gravedad : g m s  Caudal : 3 P = ρ ⋅ g ⋅ Q ⋅ H J/s (W) José Agüera Soriano 2011 17
  18. 18. Turbina de acción chimenea de equilibrio SLL SLL HrAE LP A rodete H = Hn tobera fija José Agüera Soriano 2011 E 18 1
  19. 19. Turbina de reacción tobera fija tobera móvil José Agüera Soriano 2011 19
  20. 20. cámara espiral José Agüera Soriano 2011 20
  21. 21. Triángulos de velocidades perfil álabe rodete perfil álabe corona fija c velocidad absoluta u velocidad tangencial w velocidad relativa α ángulo c u β ángulo w u José Agüera Soriano 2011 21
  22. 22. Ecuación de Euler g ⋅ H t = u1 ⋅ c1 ⋅ cosα1 − u2 ⋅ c2 ⋅ cosα 2 perfil álabe rodete perfil álabe corona fija José Agüera Soriano 2011 22
  23. 23. Semejanza de turbomáquinas José Agüera Soriano 2011 23
  24. 24. Velocidad específica n ⋅ Pe∗1/ 2 ns = (dimensional) ∗5 / 4 H ω⋅P nso = 1/ 2 ρ ⋅(g ⋅ H ∗1 / 2 e ∗ 5/ 4 ) (adimensional) José Agüera Soriano 2011 24
  25. 25. Elección turbina en función de la velocidad específica altura de salto H m ∗1 / 2 e ∗5 / 4 n⋅P ns = H turbina Pelton turbina Francis turbina Kaplan 800 velocidad específica José Agüera Soriano 2011 25
  26. 26. Golpe de ariete LP después del cierre golpe de ariete LP antes del cierre chimenea de equilibrio válvula José Agüera Soriano 2011 26
  27. 27. Turbina Pelton chimenea de equilibrio SLL SLL HrAE LP A rodete H = Hn inyector José Agüera Soriano 2011 E 27 1
  28. 28. H = 100 ÷ 1800 m ns = 10 ÷ 75 ns (óptimo) ≈ 20 (1 inyector) Pe hasta 200 MW Lester Allan Pelton (1829-1908) José Agüera Soriano 2011 28
  29. 29. tamaño y número de cucharas José Agüera Soriano 2011 29
  30. 30. rodete Pelton José Agüera Soriano 2011 30
  31. 31. Pelton con 1 inyector Figura 1 inyector inyector deflector José Agüera Soriano 2011 31
  32. 32. inyector Pelton aguja de regulación deflector José Agüera Soriano 2011 32
  33. 33. Cucharas Pelton d = diámetro de chorro L = 2,1 d mella T = 0,85 d B = 2,5 d t=2 d distancia entre cucharas José Agüera Soriano 2011 33
  34. 34. Triángulos de velocidades ∗ ∗ u1 ( teórico) = 0,50 ⋅ c1; u1 (real) ≈ 0,46 ⋅ c1 c1 ( teórico) = 2 ⋅ g ⋅ H n ; c1 (real) ≈ 0,98 ⋅ 2 ⋅ g ⋅ H n José Agüera Soriano 2011 34
  35. 35. c2 c1 José Agüera Soriano 2011 35
  36. 36. Diámetro del rodete (D) José Agüera Soriano 2011 36
  37. 37. Cálculo Pelton π ⋅d2 Q= ⋅ c1 ; 4 60 ⋅ u ∗ D= π ⋅n t ≈ 2⋅d ∗ ∗ u1 ( teórico) = 0,50 ⋅ c1; u1 (real) ≈ 0,46 ⋅ c1 c1 ( teórico) = 2 ⋅ g ⋅ H n ; c1 (real) ≈ 0,98 ⋅ 2 ⋅ g ⋅ H n José Agüera Soriano 2011 37
  38. 38. actuación del deflector José Agüera Soriano 2011 38
  39. 39. Pelton con 2 inyectores José Agüera Soriano 2011 39
  40. 40. Pelton 4 inyectores y válvulas individuales José Agüera Soriano 2011 40
  41. 41. José Agüera Soriano 2011 41
  42. 42. José Agüera Soriano 2011 42
  43. 43. José Agüera Soriano 2011 43
  44. 44. Turbinas Pelton (admisión parcial) siguiente clase Turbinas Francis (admisión total) José Agüera Soriano 2011 44
  45. 45. Turbinas Francis H = 30 ÷ 550 m ns = 50 ÷ 450 ns (óptimo) ≈ 225 Pe hasta 375 MW James B. Francis (1815-1892) José Agüera Soriano 2011 45
  46. 46. Primer rodete Francis Resultaba el diámetro muy grande al tener que girar el agua 90º a la salida del rodete; convenía pues que saliera del mismo con una cierta componente axial. distribuidor rodete José Agüera Soriano 2011 46
  47. 47. Turbina Francis José Agüera Soriano 2011 47
  48. 48. Rodetes Francis 1,100 2,290 0,408 0,152 ns = 165 ns = 55 1,0 1,0 g ⋅ H t = u1 ⋅ c1 ⋅ cosα1 − u2 ⋅ c2 ⋅ cosα 2 0,910 1,440 0,512 0,288 ns = 220 ns = 110 1,0 1,0 José Agüera Soriano 2011 48
  49. 49. Rodetes Francis 0,782 0,624 0,728 0,600 ns = 395 ns = 275 1,0 1,0 0,695 0,574 0,672 ns = 330 0,768 1,0 ns = 440 José Agüera Soriano 2011 1,0 49
  50. 50. J.Agüera, 2/2010 50
  51. 51. velocidad específica: 120 álabe guía álabe estructural álabe rodete José Agüera Soriano 2011 cámara espiral 51
  52. 52. Turbina-bomba reversible. Tajo de la Encantada (Málaga) Potencia máxima: 90 MW Revoluciones: 500 rpm Altura máxima: 398,5 m Caudal máximo (turbina): 27,2 m3/s Caudal máximo (bomba): 24,5 m3/s Velocidad específica: 100 Cuatro grupos Potencia total: 360 MW José Agüera Soriano 2011 52
  53. 53. rodete Francis modelo José Agüera Soriano 2011 53
  54. 54. Sistema de regulación turbinas de reacción álabes guía anillo regulador José Agüera Soriano 2011 54
  55. 55. cerrado José Agüera Soriano 2011 55
  56. 56. abierto José Agüera Soriano 2011 56
  57. 57. bielas y anillo de distribución movido por dos brazos José Agüera Soriano 2011 57
  58. 58. cámara espiral rodete álabes guía José Agüera Soriano 2011 58
  59. 59. bielas y anillo de distribución movido por dos brazos José Agüera Soriano 2011 59
  60. 60. Tubo de aspiración, o de descarga rodete Francis hasta un 10% de H Kaplan entre 20% y 38% José Agüera Soriano 2011 60
  61. 61. Cavitación burbuja de vapor cavidad vacía implosión José Agüera Soriano 2011 61
  62. 62. corrosión por cavitación José Agüera Soriano 2011 62
  63. 63. tubos de descarga José Agüera Soriano 2011 63
  64. 64. tubos de descarga José Agüera Soriano 2011 64
  65. 65. Turbinas Kaplan H = 4 ÷ 90 m ns = 400 ÷ 900 ns (óptimo) ≈ ns bajo Pe grandes potencias Viktor Kaplan (1876-1934) José Agüera Soriano 2011 65
  66. 66. cámara espiral álabes estructurales álabes guía álabes rodete José Agüera Soriano 2011 66
  67. 67. Turbina Kaplan álabes guía álabes rodete c2 José Agüera Soriano 2011 67
  68. 68. J.Agüera, 2/2010 68
  69. 69. rendimientos Kaplan hélice % potencia nominal José Agüera Soriano 2011 69
  70. 70. álabes estructurales álabes guía álabes rodete cubo rodete José Agüera Soriano 2011 70
  71. 71. Turbina Kaplan H = 3,8 m tubo de aspiración, o de descarga José Agüera Soriano 2011 71
  72. 72. Francis: de acero Kaplan: de hormigón armado álabes estructurales cámara espiral José Agüera Soriano 2011 72
  73. 73. José Agüera Soriano 2011 73
  74. 74. José Agüera Soriano 2011 74
  75. 75. ∗1 / 2 elección de la turbina en función n ⋅ Pe ns = de la velocidad específica, ns ∗5 / 4 H altura de salto H m Para las mareomotrices se necesitaban turbinas con mayores ns.. Con las bulbo, se puede llegar hasta ns 1150. 800 velocidad específica José Agüera Soriano 2011 75
  76. 76. Mareomotriz de La Rance (Francia) José Agüera Soriano 2011 76
  77. 77. maqueta central mareomotriz de La Rance José Agüera Soriano 2011 77
  78. 78. álabes estructurales álabes guía álabes rodete Turbina bulbo José Agüera Soriano 2011 78
  79. 79. La Rance (Francia) 24 turbinas 240 MW; reversibles y doble efecto H = 1 ÷ 15 m ns = 600 ÷ 1150 Pe = 1 ÷ 25 MW José Agüera Soriano 2011 79
  80. 80. Rendimientos en función del caudal Potencias normales, o de diseño, respecto de las nominales Pelton rendimientos bulbo re Francis Kaplan Pelton: 67% al 75% Francis: 85% al 90% hélice: 90% Kaplan: 67% al 75% bulbo: 67% al 75% % caudal Q caudal Q (%) José Agüera Soriano 2011 80

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