Carlos J. Renedo
Inmaculada Fernández Diego
Juan Carcedo Haya
Félix OrGz Fernández
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Energé5ca Este tema se publica bajo Licencia:
para impartir la clase. No son apuntes de la asignatura. Al alumno le pueden servir como guía para recopilar información (libros, …) y elaborar sus propios apuntes En esta presentación se incluye un listado de problemas en el orden en el que se pueden resolver siguiendo el desarrollo de la teoría. Es trabajo del alumno resolverlos y comprobar la solución
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.1.- Introducción a las Máquinas Hidráulicas 1.2.- Bombas Hidráulicas
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.1.- Generalidades de las Turbinas Hidráulicas 1.3.2.- Turbinas Pelton
1.3.3.- Turbinas Francis 1.3.4.- Turbinas Kaplan
Departamento: Area:
Ingeniería Eléctrica y Energética Máquinas y Motores Térmicos
CARLOS J RENEDO [email protected]
INMACULADA FERNANDEZ DIEGO [email protected] JUAN CARCEDO HAYA [email protected] FELIX ORTIZ FERNANDEZ [email protected]
para impartir la clase. No son apuntes de la asignatura. Al alumno le pueden servir como guía para recopilar información (libros, …) y elaborar sus propios apuntes En esta presentación se incluye un listado de problemas en el orden en el que se pueden resolver siguiendo el desarrollo de la teoría. Es trabajo del alumno resolverlos y comprobar la solución
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.1.- Introducción a las Máquinas Hidráulicas 1.2.- Bombas Hidráulicas
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.1.- Generalidades de las Turbinas Hidráulicas 1.3.2.- Turbinas Pelton
1.3.3.- Turbinas Francis 1.3.4.- Turbinas Kaplan
Altura Neta o Salto Neto
Pérdidas, Potencias y Rendimientos Leyes de Semejanza
Curvas Características Regulación
Problemas de Funcionamiento
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
Análogamente al estudio de las bombas hidráulicas, se definen las siguientes alturas (o saltos, denominación más apropiada en el caso de turbinas):
• Salto bruto: Hb, es la diferencia de cotas geométricas entre el embalse
superior y el canal de descarga
• Salto neto: Hn, es la parte del Hb que se pone a disposición de la turbina,
entre la entrada y la salida de la turbina Pérdidas externas a la turbina, HL-ext
• Salto efectivo: Hef, es la parte del Hnque se aprovechaen el rodete
Pérdidas internas en la turbina, HL-int
ef n
b H H
H Altura Neta o Salto Neto (I):
ext L b n H H H int L n ef H H H
Altura Neta o Salto Neto
Pérdidas, Potencias y Rendimientos Leyes de Semejanza
Curvas Características Regulación
Problemas de Funcionamiento
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
Análogamente al estudio de las bombas hidráulicas, se definen las siguientes alturas (o saltos, denominación más apropiada en el caso de turbinas):
• Salto bruto: Hb, es la diferencia de cotas geométricas entre el embalse
superior y el canal de descarga
• Salto neto: Hn, es la parte del Hb que se pone a disposición de la turbina,
entre la entrada y la salida de la turbina Pérdidas externas a la turbina, HL-ext
• Salto efectivo: Hef, es la parte del Hnque se aprovechaen el rodete
Pérdidas internas en la turbina, HL-int
ef n
b H H
H Altura Neta o Salto Neto (I):
ext L b n H H H int L n ef H H H
Análogamente al estudio de las bombas hidráulicas, se definen las siguientes alturas (o saltos, denominación más apropiada en el caso de turbinas):
• Salto bruto: Hb, es la diferencia de cotas geométricas entre el embalse superior
y el canal de descarga
• Salto neto: Hn, es la parte del Hbque se pone a disposición de la turbina
• Salto efectivo: Hef, es la parte del Hnque se aprovecha en el rodete
ef n b H H H Z A NI NS b z z z z H ext L b n H H H int L n ef H H H E S A Out v Nivel Superior Z Nivel Inferior Altura Neta o Salto Neto (I):
«Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas» C. Mataix
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
Aplicando Bernoulli entre los niveles superior e inferior (secciones A y Z):
2 g v z g p h H g 2 v z g p 2 Z Z Z ext L n 2 A A A
A Z
L ext b L ext n z z h H h H hLext hLAEhLSZ 2 g v z g p H g 2 v z g p 2 Z Z Z b 2 A A AAplicando Bernoulli entre la entrada y la salida de la turbina (E y S):
g 2 v v z z g p p H 2 S 2 E S E S E n 2 g v z g p H g 2 v z g p 2 S S S n 2 E E E 0 v vA B 0 p pA BAnálogamente al estudio de las bombas hidráulicas, se definen las siguientes alturas (o saltos, denominación más apropiada en el caso de turbinas):
• Salto bruto: Hb, es la diferencia de cotas geométricas entre el embalse superior
y el canal de descarga
• Salto neto: Hn, es la parte del Hbque se pone a disposición de la turbina
• Salto efectivo: Hef, es la parte del Hnque se aprovecha en el rodete
ef n b H H H Z A NI NS b z z z z H ext L b n H H H int L n ef H H H E S A Out v Nivel Superior Z Nivel Inferior Altura Neta o Salto Neto (I):
«Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas» C. Mataix
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
Aplicando Bernoulli entre los niveles superior e inferior (secciones A y Z):
2 g v z g p h H g 2 v z g p 2 Z Z Z ext L n 2 A A A
A Z
L ext b L ext n z z h H h H hLext hLAEhLSZ 2 g v z g p H g 2 v z g p 2 Z Z Z b 2 A A AAplicando Bernoulli entre la entrada y la salida de la turbina (E y S):
g 2 v v z z g p p H 2 S 2 E S E S E n 2 g v z g p H g 2 v z g p 2 S S S n 2 E E E 0 v vA B 0 p pA BSegún normas internacionales, las secciones de entrada y salida son: • ENTRADA:
Se encuentra inmediatamente después de la válvula de admisión • SALIDA:
En las T. de reacción coincide con la sección de salida del tubo de aspiración
En las T. de acción se encuentra en el punto de tangencia del eje del chorro con un círculo cuyo centro es el centro del rodete
Antiguamente las normas europeas consideraban la sección de salida en el nivel inferior (canal de salida). Esto daba mayores valores de salto neto y por lo tanto menor rendimiento hidráulico (datos de fabricante)
Altura Neta o Salto Neto (III):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
Las pérdidas internas en las turbinas aparecen por la imposibilidad
de realizar una conversión completa de energía hidráulica en mecánica Se distinguen los siguientes tipos de pérdidas:
• Pérdidas manométricas: debidas a rozamientos y choques
• Pérdidas volumétricas: debidas a pequeñas fugas
• Pérdidas mecánicas: debidas a rozamientos mecánicos
Pérdidas, Potencias y Rendimientos (I):
man mec vol hid Total
Según normas internacionales, las secciones de entrada y salida son: • ENTRADA:
Se encuentra inmediatamente después de la válvula de admisión • SALIDA:
En las T. de reacción coincide con la sección de salida del tubo de aspiración
En las T. de acción se encuentra en el punto de tangencia del eje del chorro con un círculo cuyo centro es el centro del rodete
Antiguamente las normas europeas consideraban la sección de salida en el nivel inferior (canal de salida). Esto daba mayores valores de salto neto y por lo tanto menor rendimiento hidráulico (datos de fabricante)
Altura Neta o Salto Neto (III):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
Las pérdidas internas en las turbinas aparecen por la imposibilidad
de realizar una conversión completa de energía hidráulica en mecánica Se distinguen los siguientes tipos de pérdidas:
• Pérdidas manométricas: debidas a rozamientos y choques
• Pérdidas volumétricas: debidas a pequeñas fugas
• Pérdidas mecánicas: debidas a rozamientos mecánicos
Pérdidas, Potencias y Rendimientos (I):
man mec vol hid Total
Las pérdidas internas en las turbinas aparecen por la imposibilidad
de realizar una conversión completa de energía hidráulica en mecánica Se distinguen los siguientes tipos de pérdidas:
• Pérdidas manométricas: debidas a rozamientos y choques
• Pérdidas volumétricas: debidas a pequeñas fugas
• Pérdidas mecánicas: debidas a rozamientos mecánicos
man mec vol hid Total
Disminuyen la energía que el fluido puede entregar a la turbina
Se define el rendimiento manométrico como la relación entre la energía
hidráulica utilizada por el rodete y la que se pone a disposición de la turbina (neta)
n n 2 2 n 1 1 n EULER man g H c u c u H H
Pérdidas, Potencias y Rendimientos (I):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
Las pérdidas internas en las turbinas aparecen por la imposibilidad
de realizar una conversión completa de energía hidráulica en mecánica Se distinguen los siguientes tipos de pérdidas:
• Pérdidas manométricas: debidas a rozamientos y choques
• Pérdidas volumétricas: debidas a pequeñas fugas
• Pérdidas mecánicas: debidas a rozamientos mecánicos
man mec vol hid Total
Dan lugar a una merma en las prestaciones de la turbina El rodete recibe un caudal de líquido algo menor que el teórico Se define elrendimiento volumétricocomo:
Q Q Q perd vol vol man hid
Al igual que en el caso de las bombas hidráulicas, se verifica que:
man hid vol 1
Pérdidas, Potencias y Rendimientos (I):
Las pérdidas internas en las turbinas aparecen por la imposibilidad
de realizar una conversión completa de energía hidráulica en mecánica Se distinguen los siguientes tipos de pérdidas:
• Pérdidas manométricas: debidas a rozamientos y choques
• Pérdidas volumétricas: debidas a pequeñas fugas
• Pérdidas mecánicas: debidas a rozamientos mecánicos
man mec vol hid Total
Disminuyen la energía que el fluido puede entregar a la turbina
Se define el rendimiento manométrico como la relación entre la energía
hidráulica utilizada por el rodete y la que se pone a disposición de la turbina (neta)
n n 2 2 n 1 1 n EULER man g H c u c u H H
Pérdidas, Potencias y Rendimientos (I):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
Las pérdidas internas en las turbinas aparecen por la imposibilidad
de realizar una conversión completa de energía hidráulica en mecánica Se distinguen los siguientes tipos de pérdidas:
• Pérdidas manométricas: debidas a rozamientos y choques
• Pérdidas volumétricas: debidas a pequeñas fugas
• Pérdidas mecánicas: debidas a rozamientos mecánicos
man mec vol hid Total
Dan lugar a una merma en las prestaciones de la turbina El rodete recibe un caudal de líquido algo menor que el teórico Se define elrendimiento volumétricocomo:
Q Q Q perd vol vol man hid
Al igual que en el caso de las bombas hidráulicas, se verifica que:
man hid vol 1
Pérdidas, Potencias y Rendimientos (I):
Las pérdidas internas en las turbinas aparecen por la imposibilidad
de realizar una conversión completa de energía hidráulica en mecánica Se distinguen los siguientes tipos de pérdidas:
• Pérdidas manométricas: debidas a rozamientos y choques
• Pérdidas volumétricas: debidas a pequeñas fugas
• Pérdidas mecánicas: debidas a rozamientos mecánicos
man mec vol hid Total
Disminuyen la energía comunicada al eje. Es decir, la energía hidráulica que el rodete convierte en energía mecánica no es aprovechable completamente en el eje de la máquina (potencia al freno)
Se define entonces el rendimiento mecánicocomo la relación entre la energía
entregada en el eje de la turbina y la hidráulica absorbida por el rodete
EULER Eje mec H H
Pérdidas, Potencias y Rendimientos (I):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
Potencia entregada a la turbina: Potn
Potencia absorbida por el rodete: Potefec, PotEULER
Potencia útil (al freno, ó en el eje): PotEje, PotUtil
mec ef u Pot Pot n u Pot Pot n n g Q H Pot ef ef g Q H Pot gQ
hidHn
Potnhid
mec
vol man
mec nPot
Las pérdidas internas en las turbinas aparecen por la imposibilidad
de realizar una conversión completa de energía hidráulica en mecánica Se distinguen los siguientes tipos de pérdidas:
• Pérdidas manométricas: debidas a rozamientos y choques
• Pérdidas volumétricas: debidas a pequeñas fugas
• Pérdidas mecánicas: debidas a rozamientos mecánicos
man mec vol hid Total
Disminuyen la energía comunicada al eje. Es decir, la energía hidráulica que el rodete convierte en energía mecánica no es aprovechable completamente en el eje de la máquina (potencia al freno)
Se define entonces el rendimiento mecánicocomo la relación entre la energía
entregada en el eje de la turbina y la hidráulica absorbida por el rodete
EULER Eje mec H H
Pérdidas, Potencias y Rendimientos (I):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
Potencia entregada a la turbina: Potn
Potencia absorbida por el rodete: Potefec, PotEULER
Potencia útil (al freno, ó en el eje): PotEje, PotUtil
mec ef u Pot Pot n u Pot Pot n n g Q H Pot ef ef g Q H Pot gQ
hidHn
Potnhid
mec
vol man
mec nPot
LTub
Embalse
Alternador Eje
Turbina LHid=Lman+Lvol
Lmec Potef Potu Potn n n g Q H Pot ef ef g Q H
Pot PotuPotefmec n EULER man H H Q Q Q perd vol vol man hid EULER Eje mec H H mec vol man Tot n u Pot Pot n hid efe Pot Pot mec ef u Pot Pot n n g Q H Pot PotElec 1 vol elec u elec Pot Pot
Salto geométrio / Salto neto
Pérdidas, Potencias y Rendimientos (III):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
Consideraciones sobre el rendimiento manométrico (I):
El rendimiento manométrico se puede expresar en función de los coeficientes óptimos de velocidad
n u 2 2 u 1 1 man H g c u c u
n n 2 n 2 n 1 n 1 man H g H g 2 H g 2 H g 2 H g 2
1 1 2 2
man 2 n 1 1 2 g H u u22 2gHn c1u1 2gHn c2u2 2gHn :XiLTub
Embalse
Alternador Eje
Turbina LHid=Lman+Lvol
Lmec Potef Potu Potn n n g Q H Pot ef ef g Q H
Pot PotuPotefmec n EULER man H H Q Q Q perd vol vol man hid EULER Eje mec H H mec vol man Tot n u Pot Pot n hid efe Pot Pot mec ef u Pot Pot n n g Q H Pot PotElec 1 vol elec u elec Pot Pot
Salto geométrio / Salto neto
Pérdidas, Potencias y Rendimientos (III):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
Consideraciones sobre el rendimiento manométrico (I):
El rendimiento manométrico se puede expresar en función de los coeficientes óptimos de velocidad
n u 2 2 u 1 1 man H g c u c u
n n 2 n 2 n 1 n 1 man H g H g 2 H g 2 H g 2 H g 2
1 1 2 2
man 2 n 1 1 2 g H u u22 2gHn c1u1 2gHn c2u2 2gHn :Xi
1 1 1 2 2 2
man 2 cos cos
De manera análoga a lo que sucede con las bombas hidráulicas, el rendimiento máximo de las turbinas hidráulicas tiene lugar cuando en el triángulo de velocidades a la salida se verifica quea2= 90º.
1 1 1 1 1 máx man 2 2 cos
Consideraciones sobre el rendimiento manométrico (II):
n 1 1 2 g H c c22 2gHn n u 2 2 u 1 1 man H g c u c u n 1 1 2 g H u u22 2gHn
n 2 2 2 1 1 1 H g cos c u cos c u 1 1 2 2 man2 FiPérdidas, Potencias y Rendimientos (V):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
El grado de reacción se puede expresar en función de los coeficientes óptimos de velocidad
Consideraciones sobre el grado de reacción:
2
2 2 1 1 n d n p H H 1 H H n 2 2 2 1 H g 2 c c 1
n 2 n 2 2 n 1 H g 2 H g 2 H g 2 1 n 1 1 2 g H c c2 2 2gHn
1 1 1 2 2 2
man 2 cos cos
De manera análoga a lo que sucede con las bombas hidráulicas, el rendimiento máximo de las turbinas hidráulicas tiene lugar cuando en el triángulo de velocidades a la salida se verifica quea2= 90º.
1 1 1 1 1 máx man 2 2 cos
Consideraciones sobre el rendimiento manométrico (II):
n 1 1 2 g H c c22 2gHn n u 2 2 u 1 1 man H g c u c u n 1 1 2 g H u u22 2gHn
n 2 2 2 1 1 1 H g cos c u cos c u 1 1 2 2 man2 FiPérdidas, Potencias y Rendimientos (V):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
El grado de reacción se puede expresar en función de los coeficientes óptimos de velocidad
Consideraciones sobre el grado de reacción:
2
2 2 1 1 n d n p H H 1 H H n 2 2 2 1 H g 2 c c 1
n 2 n 2 2 n 1 H g 2 H g 2 H g 2 1 n 1 1 2 g H c c2 2 2gHnPermiten aplicar a los prototipos los resultados obtenidos mediante la experimentación en laboratorio con modelos a escala
También permiten predecir el funcionamiento de una turbina en diferentes circunstancias de funcionamiento
Se consideran dos turbinas del mismo tipo, geométrica y dinámicamente semejantes, siendo sus características:
• PROTOTIPO: Potencia N, velocidad n, caudal Q, salto neto Hn y par motor C
• MODELO: Potencia N’, velocidad n’, caudal Q’, salto neto H’n y par motor C’
Leyes de Semejanza (I):
1 Modelo Prototipo Geométrica Semejanza de Relación
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
Las relaciones de semejanza entre el modelo y el prototipo son (I): • Número de revoluciones: - Prototipo: - Modelo: 60 n D H g 2 u 1 n 1 1 60 ' n ' D ' H g 2 ' u 1 n 1 1 n n 1 1 ' H H D ' D ' n n n n 1 ' H H ' n n n 1 1 2 g H c Q n 1 1 ' 2 g H' ' c ' ' Q n n ' H H ' ' Q Q n n 2 ' H H ' Q Q • Caudal: - Prototipo: - Modelo: 0 0 b b D D 0 0 ω ω n n
Permiten aplicar a los prototipos los resultados obtenidos mediante la experimentación en laboratorio con modelos a escala
También permiten predecir el funcionamiento de una turbina en diferentes circunstancias de funcionamiento
Se consideran dos turbinas del mismo tipo, geométrica y dinámicamente semejantes, siendo sus características:
• PROTOTIPO: Potencia N, velocidad n, caudal Q, salto neto Hn y par motor C
• MODELO: Potencia N’, velocidad n’, caudal Q’, salto neto H’n y par motor C’
Leyes de Semejanza (I):
1 Modelo Prototipo Geométrica Semejanza de Relación
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
Las relaciones de semejanza entre el modelo y el prototipo son (I): • Número de revoluciones: - Prototipo: - Modelo: 60 n D H g 2 u 1 n 1 1 60 ' n ' D ' H g 2 ' u 1 n 1 1 n n 1 1 ' H H D ' D ' n n n n 1 ' H H ' n n n 1 1 2 g H c Q n 1 1 ' 2 g H' ' c ' ' Q n n ' H H ' ' Q Q n n 2 ' H H ' Q Q • Caudal: - Prototipo: - Modelo: 0 0 b b D D 0 0 ω ω n n
Las relaciones de semejanza entre el modelo y el prototipo son (II): • Potencia: - Prototipo: - Modelo: • Par Motor: - Prototipo: - Modelo: g Q Hn Pot g Q'H'n ' Pot n n ' H ' Q H Q ' Pot Pot 3 n n 2 ' H H ' Pot Pot n 2 Pot 60 Pot Par ' n 2 ' Pot 60 ' ' Pot ' Par n n 3 n n 2 H ' H ' H H n ' Pot ' n Pot ' C C n n 3 ' H H ' C C 0 0 b b D D 0 0 ω ω n n
Leyes de Semejanza (III):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas Curvas Características (I):
En el pto óptimo de trabajo el par y la velocidad son “aproximadamente” la mitad del de arranque, y de la de embalamiento
n (rpm) PotRod (kW) Par (N.m) η (%) PotHid(kW) Velocidad de embalamiento Par de arranque ηmax
Las relaciones de semejanza entre el modelo y el prototipo son (II): • Potencia: - Prototipo: - Modelo: • Par Motor: - Prototipo: - Modelo: g Q Hn Pot g Q'H'n ' Pot n n ' H ' Q H Q ' Pot Pot 3 n n 2 ' H H ' Pot Pot n 2 Pot 60 Pot Par ' n 2 ' Pot 60 ' ' Pot ' Par n n 3 n n 2 H ' H ' H H n ' Pot ' n Pot ' C C n n 3 ' H H ' C C 0 0 b b D D 0 0 ω ω n n
Leyes de Semejanza (III):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas Curvas Características (I):
En el pto óptimo de trabajo el par y la velocidad son “aproximadamente” la mitad del de arranque, y de la de embalamiento
n (rpm) PotRod (kW) Par (N.m) η (%) PotHid(kW) Velocidad de embalamiento Par de arranque ηmax
Curvas Características (II):
Cambio de las curvas al cambiar la altura suministrada a la turbina
n (rpm)
Par (N.m) η(%)
H1 < H2 < H3
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
La principal aplicación de las turbinas hidráulicas es la producción de energía eléctrica en las centrales hidroeléctricas, la regulación de la velocidad de giro resulta fundamental
Los grupos turbina – alternador han de funcionar siempre a velocidad constante, que será la velocidad de sincronismo
p 000 . 3 p f 60 n Regulación (I):
Para regular la velocidad de la turbina, lo que se hace es abrir o cerrar el distribuidor en función de la carga demandada en cada instante
Esta regulación es siempre automática
El sistema de control, de lazo cerrado r e u y
+
Curvas Características (II):
Cambio de las curvas al cambiar la altura suministrada a la turbina
n (rpm)
Par (N.m) η(%)
H1 < H2 < H3
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
La principal aplicación de las turbinas hidráulicas es la producción de energía eléctrica en las centrales hidroeléctricas, la regulación de la velocidad de giro resulta fundamental
Los grupos turbina – alternador han de funcionar siempre a velocidad constante, que será la velocidad de sincronismo
p 000 . 3 p f 60 n Regulación (I):
Para regular la velocidad de la turbina, lo que se hace es abrir o cerrar el distribuidor en función de la carga demandada en cada instante
Esta regulación es siempre automática
El sistema de control, de lazo cerrado r e u y
+
Esquema básico de un regulador de bolas
Regulación (II):
«Turbinas Hidráulicas» P. Fernández Díez
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
hpla pérdida de carga hasta la chimenea en condiciones normales
STsección de la tubería
SCHsección de la chimenea
Para minimizar los riesgos de un golpe de ariete (I): • Construir una chimenea de equilibrio
(cámara en la que el líquido puede oscilar libremente)
CH T max gS S L v Z T CH S g S L 2 t g 2 v ) h H ( h S L S 2 p p T min CH
La reducción de SCHamortigua las oscilaciones
Es posible permitir el rebosamiento por la parte superior de la chimenea
Esquema básico de un regulador de bolas
Regulación (II):
«Turbinas Hidráulicas» P. Fernández Díez
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1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
hpla pérdida de carga hasta la chimenea en condiciones normales
STsección de la tubería
SCHsección de la chimenea
Para minimizar los riesgos de un golpe de ariete (I): • Construir una chimenea de equilibrio
(cámara en la que el líquido puede oscilar libremente)
CH T max gS S L v Z T CH S g S L 2 t g 2 v ) h H ( h S L S 2 p p T min CH
La reducción de SCHamortigua las oscilaciones
Es posible permitir el rebosamiento por la parte superior de la chimenea
1) Estructura de admisión;
2) Tanques de equilibrio (depósito de aire y chimenea de equilibrio);
3) Túnel de presión aguas abajo; 4) Sala de turbinas (central); 5) Conducción forzada;
6) Túnel de flujo abierto de admisión; 7) Túnel de flujo abierto de escape; 8) Túnel de presión de admisión; 9) Embalse de carga
a) Sistemas de presión (chimeneas de equilibrio) Para minimizar los riesgos de un golpe de ariete (II):
Problemas de Funcionamiento (II): «Turbinas Hidráulicas» P. Fernández Díez
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
b) Sistemas de admisión en flujo abierto
1) Estructura de admisión;
2) Tanques de equilibrio (depósito de aire y chimenea de equilibrio);
3) Túnel de presión aguas abajo; 4) Sala de turbinas (central); 5) Conducción forzada;
6) Túnel de flujo abierto de admisión; 7) Túnel de flujo abierto de escape; 8) Túnel de presión de admisión; 9) Embalse de carga
Para minimizar los riesgos de un golpe de ariete (II):
1) Estructura de admisión;
2) Tanques de equilibrio (depósito de aire y chimenea de equilibrio);
3) Túnel de presión aguas abajo; 4) Sala de turbinas (central); 5) Conducción forzada;
6) Túnel de flujo abierto de admisión; 7) Túnel de flujo abierto de escape; 8) Túnel de presión de admisión; 9) Embalse de carga
a) Sistemas de presión (chimeneas de equilibrio) Para minimizar los riesgos de un golpe de ariete (II):
Problemas de Funcionamiento (II): «Turbinas Hidráulicas» P. Fernández Díez
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
b) Sistemas de admisión en flujo abierto
1) Estructura de admisión;
2) Tanques de equilibrio (depósito de aire y chimenea de equilibrio);
3) Túnel de presión aguas abajo; 4) Sala de turbinas (central); 5) Conducción forzada;
6) Túnel de flujo abierto de admisión; 7) Túnel de flujo abierto de escape; 8) Túnel de presión de admisión; 9) Embalse de carga
Para minimizar los riesgos de un golpe de ariete (II):
