Turbinas

TURBINAS HIDRÁULICAS
11 Abril 2006

Máquinas Hidráulicas – 6ºORG – 2005/2006 http://web.uniovi.es/Areas/Mecanica.Fluidos/

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TABLA DE CONTENIDOS • TEORÍA UNIDIMENSIONAL PARA TURBINAS HIDRÁULICAS
Tipología básica de las turbinas hidráulicas. Clasificación según la velocidad específica. Curva característica teórica a partir de la ec. de Euler. Regulación de turbinas. Embalamiento deturbinas. La rueda hidráulica.

• TURBINAS DE IMPULSO. TURBINAS PELTON
Origen y Elementos constructivos. Triángulos de velocidad. Curva Característica. Condición de potencia máxima.

• TURBINAS CENTRÍFUGAS. TURBINAS FRANCIS
Origen y Elementos constructivos. Triángulos de velocidad. Curva Característica. Regulación por distribuidor.

• TURBINAS AXIALES. TURBINAS KAPLAN
Origen y Elementosconstructivos. Turbinas Hélice vs. Kaplan. Curva Característica. Otros tipos de turbinas axiales y semiaxiales.

TEORÍA UNIDIMENSIONAL PARA TURBINAS HIDRÁULICAS

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Tipología de turbinas hidráulicas (I)

TEORÍA UNIDIMENSIONAL PARA TURBINAS HIDRÁULICAS
Tipología de turbinas hidráulicas (II)

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Turbina AXIAL (KAPLAN)

Turbina RADIAL (FRANCIS)

Turbina TANGENCIAL (PELTON)TEORÍA UNIDIMENSIONAL PARA TURBINAS HIDRÁULICAS
VELOCIDAD ESPECÍFICA (I)

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ns =
ns = 450

ns =

ω ⋅ Q1 2

( gH )

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¡OJO! La definición adimensional correcta de la velocidad específica (utilizada en bombas) incluye el caudal y no la potencia.

TEORÍA UNIDIMENSIONAL PARA TURBINAS HIDRÁULICAS

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VELOCIDAD ESPECÍFICA (II)

TEORÍA UNIDIMENSIONAL PARA TURBINASHIDRÁULICAS

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VELOCIDAD ESPECÍFICA (III)

FACTOR DE VELOCIDAD PERIFÉRICA

U1 φe = 2 gh

¡OJO! h viene expresado en FT; ns=4.44 Ns

TEORÍA UNIDIMENSIONAL PARA TURBINAS HIDRÁULICAS
CURVA CARACTERÍSTICA A PARTIR DE LA EC. EULER
V Q Q Q V1u = 1 f = V1 f = ; V2 f = tgα1 S1tgα1 S1 S2 V Q V2u = U 2 − 2 f = ω R2 − S 2tg β 2 tg β 2

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Ejemplo: TURBINA FRANCIS
EC.EULER:

H th =Sustituyendo

U1V1u − U 2V2u g (En el punto de diseño
se busca que V2u=0)

W1

U1

V1f

V1 a1 V1u

2 R2  R2 2 Q  R1 + H th =  ω − ω g  S1tgα1 S 2tg β 2  g

H

HN Hth

W2 V2f b2 U2

ω
V2 V2u
2 U2 − g

Q

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TIPO DE APROVECHAMIENTO

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REGULACIÓN DE TURBINAS (I)Velocidad de giro impuesta por nº de pares de polos del alternador Ha de ser INVARIABLE Salto neto constante Altura a la que trabaja la turbina fija por el salto hidráulico: Hn FIJO Modificación del CAUDAL de trabajo mediante el grado de apertura de la admisión de la turbina DISTRIBUIDOR / AGUJA AGUJA (Pelton) Chorro DISTRIBUIDOR (Francis y Kaplan) Ángulo del distribuidor Admisión (sección de paso)VELOCIDAD SÍNCRONA

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La turbina hace girar un alternador que ha de generar la electricidad a una determinada frecuencia (en Europa, 50 Hz; en EEUU y Japón, 60 Hz). Por tanto, la velocidad de la turbina debe ser tal que conjugada con el número de pares de polos, gire a la frecuencia de red (velocidad síncrona)

60 f 3000 n= = ( f = 50 Hz ) p p
H
DISTRIB.

HN (Turbina) Hth

HN(Salto)

Q
− U g
2 2

QD- QD QD+

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η = η (W )

REGULACIÓN DE TURBINAS (II)

η = η (Q )

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EMBALAMIENTO DE TURBINAS (I)

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Ocurre cuando el ALTERNADOR se desacopla de la RED por avería El conjunto alternador-turbina gira sin carga y se acelera embalándose.

Pardesarrollado por la potencia hidráulica al eje:

dω M =I dt

M=

Weje

ω

=

ρ gQH th ω
2 I = mrG

Incremento de la velocidad con el tiempo, embalamiento:

Momento Inercia conjunto turbina-alternador:

dω dt

No es posible que se acelere indefinidamente, puesto que si crece U1, al mantenerse constante el valor de V1 (esto es, el caudal de entrada), llega un momento que W1 introduce...