CT 3411 Clase 3 Máquinas Hidráulicas pdf
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(2) Motores Hidráulicos. Ruedas y Turbinas Máquinas que transforman energía hidráulica en energía mecánica.
(3) Clasificación. Ruedas (Motores gravimétricos.) Energía potencial.. H. Turbinas. H. P1 P2. Z1. V12. Z2. V22 2g. z2. z1.
(4) Máquinas Hidráulicas Máquina que transforma energía hidráulica en energía mecánica. Rueda Hidráulica Se clasifican en:. (Motores gravimétricos). Motor cuyo intercambio de energía se realiza de potencial a mecánica.. H. Z1. Z2. Turbinas El intercambio de energía se realiza de forma de presión y velocidad a energía mecánica. H. P1 P2. V12. V22 2g. Motores hidráulicos Máquinas Volumétricas. (CONVERSIÓN III). Z2. Z1.
(5) Ruedas Hidráulicas.
(6) Ruedas Hidráulicas Motor cuyo intercambio de energía se realiza de potencial a mecánica En las ruedas, la energía de velocidad y la de presión son despreciables frente a la energía potencial. Alimentación superior D/H ~ 1. Alimentación lateral η ≤ 75%. Alimentación Inferior n = 5…..8 r.p.m..
(7) Ruedas Hidráulicas. Rueda de Rio (14 A.C.). D/H ~ 1. Rueda de impulso η ≤ 75%. U1 = U2 = U β1 + β2 = 180° 2 = 90°. n = 5…..8 r.p.m..
(8) Ruedas Hidráulicas Rueda de impulso. V1. g.H. H Z1 Z2. Q b.a g.H Donde: a altura del canal que lleva el agua hasta la turbina b ancho del canal que lleva el agua hasta la turbina.
(9) Ruedas Hidráulicas Ruedas de Río. Río Horontes; Hamah - Siria.
(10) Ruedas Hidráulicas Ventajas de las Ruedas: Water wheels for electricity generation. In the previous section it was shown that ‘modern’ water wheels have a surprisingly high efficiency for a wide range of flows. This has the great advantage that power can be generated even from low flow volumes without complex control elements as they are e.g. required for Kaplan turbines. The power/speed curves were also quite flat, indicating that speed control is not very critical as long as the wheel operates approximately at design speed. The slow speed of water wheels means that gear boxes with transmission ratios of approximately 1:100 have to be employed. Although such gear boxes are available and do not cause significant energy losses (23%), they constitute a significant part of the costs (25-30% for undershot, 40-45% for overshot wheels) of a water wheel installation. The development o fa slow speed multipolar generator which could be driven directly with a belt drive would constitute a major advance in this field..
(11) Ruedas Hidráulicas Desventajas de las Ruedas: La baja velocidad de giro (6-10 rpm) conduce al empleo de elevada relación de transmisión para el accionamiento de generadores de electricidad (CA) a 600- 1500 rpm. Producción de un golpeteo ruidoso, a baja frecuencia, que puede ser molesto a las personas. Escaso de conocimiento en la ingeniería para su diseño y construcción.. Si la rueda es instalada fija a un lado del río, la potencia en el eje de la rueda fluctúa al cambiar el nivel del río. Cuando es instalada sobre una barcaza, el descenso del nivel del río puede ocasionar que la rueda golpee contra el fondo del río y se ocasione daño a los alabes..
(12) Ruedas Hidráulicas Desempeño de las Ruedas:.
(13) Ruedas Hidráulicas Diagrama de Selección. H [m] Turbinas. RAS – Rueda de Alimentación Superior. RAS. RAI – Rueda de Alimentación inferior Ruedas. RAI. Q [m3/s].
(14) Turbinas Hidráulicas. Turbomáquina motriz que convierte energía hidráulica en energía mecánica.
(15) Energía transferida Ht Creación del momento Cinético a la entrada:. MC0. r0 V0. r VU. cte. V0. r0 r Vu. Caja Espiral.
(16) Energía transferida Ht U1. Nacen del aprovechamiento del agua en las ruedas hidráulicas. La energía es transferida al rotor en forma de presión o velocidad.. β1. Ecuación de Euler:. Ht β2. 1 U1VU1 U2 VU2 g Bajo la forma de componentes energéticas:. Rodete. Ht. V12 2g. V22 2g. U12 2g. U22 2g. W22 2g. W12 2g.
(17) Energía transferida Ht VU1 α1. U1 β1. V1. VU1. Vm1 ctg. Ht. VU2 Vm1. W1. 1. Q ctg A1. VU2. 1. 1 U1 ctg g A1. 1. U2. α2. β2. V2. U2. U2 ctg A2. Vm2. W2. Vm2 ctg. 2. Q. 2. U2. U22 g. Q ctg A2. 2.
(18) Altura neta H Altura neta:. H Ht. Zh. Pérdidas Hidráulicas:. Zh. ZC. Zf. Pérdidas por fricción y choque:. H. 1 U1 ctg g A1. 1. U2 ctg A2. 2. Zf. k f Q2. U22 Q g. ZC. k f Q2. k c ( Q Q A )2. k c (Q Q A )2.
(19) Eficiencias Eficiencia Hidráulica:. Eficiencia Volumétrica: Qf’’≈ 0 Q. h. v. Ht H. H Zh H. QR Q. Q Qf Q. Q. QR. Qf ≈0. Qf Qf ’. QR. Qf. Qf.
(20) Eficiencias Eficiencia Mecánica:. Pint. m. Pm Pint. Pm. Pm Pfricción. Pfricción. Pfrsellos / cojinetes. Eficiencia Global:. Pfrdisco Pm PH. h. v. m. Pm Pfricción.
(21) Curvas Características H vs. Q, vs. Q y P vs. Q @ n y 1 constantes.
(22) Altura neta H Salida Ortogonal: VU2. U2. VU 2. 0. Vm2 ctg. Qd. 2. U2. U 2 A2tg. Q ctg A2. 2. 2. Caudal mínimo de operación como turbina:. Q0 Q0. Ht. 0. U22 U1 U2 ctg 1 ctg A1 A2. 2.
(23) Curva H vs. Q 122.809 H. 140 Q0. Qa. Qo. 120. Qd. H. 100 Z h ( Q) Z f ( Q). Ht. 80 60. Z c ( Q) H t ( Q 40) H( Q2 40). n = cte. 1 = cte.. Zh. 40 20. 0 0. U22 g 36.219. 20. 40. Q 0. 50. 100. 150. 200. 250. 300. 350. 400. 450.
(24) Pérdidas Hidráulicas Zh. 37.217. 40 Qa QQnn Q a. 35. Zh. n = cte. 1 = cte.. 30. Z f ( Q) Z c ( Q). 25. Zc. 20. Zf. Z h ( Q) 15. 10. 5. 0. 0. Q 0. 50. 100. 150. 200. 250. 300. 350. 400. 450.
(25) Torque vs. Q T 2.719 10. 3. 3000. QQaa. Q0 Q 0. n = cte. 1 = cte.. 2500. 2000. 1500 Zona T ( Q 40) de Motorización (T < 0) 106 1000. 500. 0 0. Q 500. 500. 0. 50. 100. 150. 200. 250. 300. 350. 400. 450.
(26) Potencia vs. Q PH 100. 100 Q0 Q 0. n = cte. 1 = cte.. QQaa. 80. 60. P H( Q 40). Zona de Motorización. 40. 20. 0 0. Q 20. 20. 0. 50. 100. 150. 200. 250. 300. 350. 400.
(27) Curva Característica General de Explotación H. 301.217. 350. n = cte. X = 20%. X = 40%. X = 60%. X = 80%. X = 100%. 300 η = 40%. 250. η = 60%. H( Q0 5) H( Q1 10). H. η = 80%. 200 90%. n) H( Q2 15 H( Q3 30). 150. η = 60%. H( Q4 45). η = 40%. 100. Máxima potencia. 50. 0. 0. 0. 100. 200. 300. 0. 400. Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q. Qn. 500. 600. 700 665.498. Q.
(28) Punto de Operación 1. HB T. 2.
(29) Punto de Operación Ec. Bernoulli entre 1 y 2:. H1. H2 HTurb. h12. htuberia. h12 forzada. HTurb. z1 z 2 htuberia. HTurb. H. (Altura neta). hsalida forzada. hsalida.
(30) Punto de Operación htuberia HB. hsalida ~ Q. forzada. 2. z1 z 2 kQ 2. HTurb. HB. HTurb. HSistema. HSistema. HB kQ. 2.
(31) Punto de Operación H. 301.217. n = cte.. 350 X = 20%. X = 40%. X = 60%. X = 80%. X = 100%. 300. HB 250. Pto. Operación para diferentes aperturas. H( Q0 5) H( Q1 10). 200. H( Q2 15) H( Q3 30). HSist.. 150. H( Q4 45) 100. HTurb.. 50. 0. 0. 0. 100. 200. 300. 0. 400. Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q. 500. 600. 700 665.498. Q.
(32) Grado de Reacción Altura total: Altura dinámica: Altura de presión: Grado de Reacción:. GR =. 0. Ht. Hd. Hp. Hd. 1 ( V12 2g. V22 ). Hp. 1 2 (U1 U22 2g. GR. Hp Ht. V12. W22. W12 ). U12 U22 W22 W12 V22 U12 U22 W22 W12. Turbina de acción (p1 = p2). (0-1) Turbina de reacción (p1 > p2).
(33) Factor de Utilización Hútil:. Hútil. Energía útil. Ht. Hdisp. Hdisp: Energía disponible. V22 2g. Hu. V22 Energía necesaria para descargar el flujo de la turbina 2g. Ht Hdisp. 2 1. V. 2 2. V. 2 1. U. V12 U12 U22. 2 2. U. 2 2. W W22. 2 1. W. W12.
(34) Coeficientes Característicos Número específico de revoluciones:. N11. Caudal especifico:. Q11. Potencia específica:. P11. Velocidad específica de giro referida a la potencia:. ns. n D H Q D2. H. Pm D2 H H. n. Pm H5 4.
(35) Coeficientes Característicos Para el cálculo de los coeficientes antes mencionados se emplean las siguientes unidades: Sistema Métrico. Sistema Inglés. [n]. = RPM. [n]. = RPM. [Q]. = m3/s. [Q]. = GPM. =m. [H]. = pies. [H]. [Pm] = CV. [Pm] = HP. nS .... Número especifico de revoluciones en sistema métrico. NS .... Número especifico de revoluciones en sistema ingles.. nS. 4,44 NS.
(36) Clasificación de las turbinas Según el grado de reacción:. Acción: Reacción. GR = 0, P1 = P2 GR = 1, P1 > P2. Según la admisión: Admisión parcial Admisión total:. Chorro tangencial Todo el rodete inmerso en el agua. Según la dirección del flujo: . Radiales Diagonales Axiales Tangenciales.
(37) Clasificación de las turbinas Según la posición del eje: Vertical Horizontal Inclinado Según la velocidad específica de giro: . Lentas Normales Rápidas . Expresas. ns. n Pm H5/4. Tipo. ns. H [m]. Pelton. 1 - 60. 50 - 2000. Banki. 40 - 240. 1 - 200. Francis. 50 - 450. 20 - 800. Deriaz. 250 - 500. 40 - 250. Kaplan. 350 - 600. 5 -. 80. Bulbo. 500 - 1000. 1 -. 15. Straflow (axial concéntrica). 900 - 2000. 1 -. 10.
(38) Clasificación de las Turbinas Hidráulicas (Gr) Turbinas. Acción. Banki- Michel Hbruta= 1 a 100 m Pelton Hbruta= 100 a 2000 m. Francis Hbruta= 25 a 700 m Deriaz Hbruta= 40 a 200 m. Reacción. Kaplan Hbruta= 10 a 70 m. Bulbo Hbruta= 2 a 25 m Straflo Hbruta= 1 a 10 m.
(39) Turbinas de Acción Turbina Pelton. De Eje Vertical. De Eje Horizontal.
(40) Turbinas de Acción Turbina Banki.
(41) Turbinas de Reacción Turbina Francis Caja Espiral o Voluta. Rotor: Es una turbina Radial. Distribuidor Predistribuidor Rodete. Q Tubería de Aspiración.
(42) Turbinas de Reacción Turbina Deriaz Rotor: Es una turbina diagonal. Álabes regulables.
(43) Turbinas de Reacción Turbina Kaplan Rotor tiene entrada axial. La entrada a la turbina es Radial.
(44) Turbinas de Reacción Turbina Bulbo. Rotor tiene entrada axial y salida axial. Modificación de la Kaplan.
(45) Curvas de Nivel Diagrama de Conchas o Curvas de Nivel Q11. P11. x=. mm. =Ns. N11 Q11 Caudal reducido P11 Potencia reducida N11 Número de revoluciones reducido. N11.
(46) Selección de Turbinas H [m]. Q [lt/s].
(47) Altura [m]. Selección de Turbinas. Potencia [kW].
(48) Selección de Turbinas.
(49) Selección de Turbinas.
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