Maquinaria hidraulica

capítulo Iv

maquinaria hidráulica

1 turbinas

Las turbinas son dispositivos que convierten energía hidráulica en energía mecánica. Se pueden agrupar en dos tipos:

a) Turbinas de impulso, un chorro libre choca con un elemento giratorio de la máquina, la que está bajo la acción de la presión atmosférica.

b) Turbinas de reacción, el escurrimiento se efectúa bajo presión.Independiente del tipo de turbina, el funcionamiento de ellas depende de un cambio de velocidad en el agua, para que ejerza una fuerza dinámica sobre el elemento rotatorio impulsor o rodete móvil.

1 Turbinas de Impulso.

Llamada también rueda hidráulica tangencial o rueda Pelton, consiste en una rueda con una serie de cucharones a distancia regular, colocadas alrededor de su periferia.
- Cuando elchorro choca el filo divisor, se divide en dos pociones que descargan a ambos lados del cucharón.
- Pueden emplearse uno o más chorros, dependiendo del tamaño de la rueda.
- Para una buena eficiencia en funcionamiento de la turbina, el ancho del cucharón debe ser 3 a 4 veces el diámetro del chorro y el diámetro de la rueda, 15 a 20 veces el diámetro del chorro.
Análisis:
Hipótesis:
- Elchorro incide en forma perpendicular al filo divisor del cucharón (álabe fijo).
- El chorro sale del cucharón en 2 volúmenes iguales.
- Se considera flujo permanente.
- Roce despreciable, peso propio despreciable.
- Volumen de control constante, es decir, no existe pérdidas en el volumen.

Aplicando el Principio de Cantidad de Movimiento en el volumen de control, la fuerza ejercida en ladirección del movimiento está dada por:
[pic]
Donde: [pic]: caudal o gasto en la boquilla.
En términos de velocidades relativas,
|[pic] |(4.1) |

Donde: V1; V2: velocidad del chorro de entrada y salida, respectivamente, del volumen de control. V1 =V2.
u: velocidadtangencial en la línea de centro de los cucharones.
v: velocidad relativa del agua respecto del cucharón. [pic]

Luego, la potencia transmitida al cucharón es:
[pic]
← No hay potencia generada cuando u = 0 o u = V1.

Potencia máxima: [pic]
En la práctica, [pic] varía entre 0.43 y 0.48, debido a pérdidas de energía.
La eficiencia ( oscila entre 85% y 90% debido a:
- Pérdidas en laboquilla.
- Pérdidas por fricción.
- Remolinos en el cucharón.
- Pérdidas de energía cinética a la salida del cucharón.
- Fricción y resistencia del aire.

Luego, la potencia entregada por la turbina será:
|[pic] |(4.2) |

2 Turbinas de Reacción.

Las llamadas turbinas dereacción son turbinas diseñadas para baja carga y altos caudales. El caudal entra por la sección de mayor diámetro y sale luego por el centro del rotor después de ceder la mayor parte de su energía. Existen varios tipos turbinas de reacción, el tipo Francis y el tipo Hélice y la forma general es la que se muestra en la figura:
[pic]
En general, las turbinas Francis están montadas sobre ejesverticales y son de una sola pieza. Después de pasar por el rodete, el agua cae a un difusor axial, la expansión de este difusor no tiene más allá de 10º. Finalmente, este tipo de turbinas admiten una carga determinada para evitar la cavitación.
[pic]
Finalmente, la eficiencia de una turbina estará dada por: [pic]
Donde: eh: eficiencia hidráulica, se refiere a la fricción, remolinos.
em:eficiencia mecánica, se refiere a la fricción en los soportes.
ev: eficiencia volumétrica, se refiere a la porción de agua que se evapora.

3 Velocidad Específica.

Para saber qué turbina es mejor elegir en un diseño, se deben conocer las velocidades específicas.

La velocidad específica de una turbina es la velocidad en r.p.m. de otra turbina geométricamente semejante a la anterior y de...