Calculo de turbinas pelton

II.- TRIÁNGULOS DE VELOCIDADES Y ECUACIÓN FUNDAMENTAL

II.1.- ESTUDIO GENERAL DE LAS TURBINAS HIDRÁULICAS Movimiento del agua.- Para estudiar el movimiento del agua en las turbinas hidráulicas, se utiliza una nomenclatura universal que define los triángulos de velocidades, a la entrada y salida del rodete, de la forma siguiente: r u es la velocidad tangencial o periférica de la rueda r c es lavelocidad absoluta del agua r w es la velocidad relativa del agua r r α es el ángulo que forma la velocidad u con la velocidad c r r β es el ángulo que forma la velocidad u con la velocidad w El subíndice 0 es el referente a la entrada del agua en la corona directriz o distribuidor El subíndice 1 es el referente a la entrada del agua en el rodete El subíndice 2 es el referente a la salida del aguadel rodete El subíndice 3 es el referente a la salida del agua del tubo de aspiración El agua entra en el distribuidor con velocidad c0 y sale del mismo con velocidad c1 , encontrándose con el rodete que, si se considera en servicio normal de funcionamiento, se mueve ante ella con una velocidad tangencial u1 . El agua que sale del distribuidor penetra en el rodete con velocidad absoluta c1 yángulo α 1 . La velocidad relativa forma un ángulo β1 (ángulo del álabe a la entrada), con la velocidad periférica u1 ; la velocidad relativa a lo largo del álabe es, en todo momento, tangente al mismo. Puede ocurrir que el rodete inicie un aumento de su velocidad periférica u de tal forma que la nueva velocidad u 1’ > u1 sea la velocidad de embalamiento; en esta situación el agua golpearía contra lacara posterior de los álabes al desviarse la velocidad relativa w1 en relación con la tangente al álabe. En consecuencia, la fuerza tangencial se vería frenada por la fuerza de choque; aunque el rodete gire sin control y sin regulación, existiendo una velocidad límite tal que:
TH.II.-9

u 1' = (1,8 ÷ 2,2) u 1 por lo que el rodete no aumenta indefinidamente su velocidad. A la salida, el agua lohace con una velocidad absoluta c2 , siendo w2 y u2 las velocidades relativa y tangencial, respectivamente.

Fig II.1.- a) Nomenclatura de los triángulos de velocidades; b) Velocidad de embalamiento

M

Fig II.2.- Pérdidas hidráulicas en la turbina de reacción

Fig II.3

Pérdidas de carga en la Turbina de reacción.- Las pérdidas de carga que tienen lugar entre los niveles del embalse yel canal de desagüe, aguas abajo de la turbina, se pueden resumir en la siguiente forma, Fig II.2: ht es la pérdida de carga aguas arriba de la turbina, desde la cámara de carga (presa), hasta la sección de entrada en el distribuidor de la turbina; esta pérdida no es imputable a la turbina, siendo despreciable en las turbinas de cámara abierta; en cambio, en las turbinas de cámara cerrada, conlargas tuberías con corriente forzada de agua, sí son importantes. hd es la pérdida de carga en el distribuidor hd´ es la pérdida de carga entre el distribuidor y el rodete, sobre todo por choque a la entrada de la rueda hr es la pérdida de carga en el rodete hs es la pérdida de carga en el tubo de aspiración hs’ es la pérdida de carga a la salida del difusor, por ensanchamiento brusco de la venalíquida; según Belanguer es de la forma: h' = s c2 (c 3 - c a )2 = {c a → 0} ≅ 3 2g 2g
TH.II.-10

La potencia efectiva Hef se puede calcular teniendo en cuenta la Fig II.3, tomando como plano de referencia el AA', aplicando la ecuación de Bernoulli a los puntos (1) y (2), e igualando ambas expresiones, en la forma: Punto 1 : H = ( H s + H r ) + Punto 2 : H = H s + p2 γ  c2 p1 + 1 + h d + ht  γ 2g c2 2 + + H ef + h r + h d + h t  2g 

⇒ H ef = H r +

c2 - c2 p1 - p2 2 + 1 - hr γ 2g

en la que Hef es la energía hidráulica generada en la turbina y que interesa sea lo más elevada posible. Si no hay pérdidas mecánicas: Nef = N, siendo N la potencia al freno. Las diferencias de presiones y velocidades: p1 - p 2 ; c 2 - c 2 1 2 deben ser grandes, para lo cual c2 y p2 deben tender a...