Efecto De La Geometría Del Inyector En Una Turbina Tipo Banki

XI Encuentro Latino Americano y del Caribe Sobre Pequeños Aprovechamientos Hidroenergéticos, 02 al 04 de Noviembre del 2005, ValparaísoChile.

EFECTO DE LA GEOMETRÍA DEL INYECTOR EN UNA TURBINA TIPO BANKI

Ariel R. Marchegiani Mariano M. Montiveros Laboratorio de Máquinas Hidráulicas (La.M.Hi.) Depto de Mecánica Aplicada -Facultad de Ingeniería UNIVERSIDAD NACIONAL DEL COMAHUE Buenos Aires1400 - (8300)Neuquén e-mail: marchegi@uncoma.edu.ar

RESUMEN En este trabajo se presentan los resultados de simulaciones numéricas 2D del flujo realizadas sobre dos geometrías básicas de inyector de una turbina de flujo transversal o Michell-Banki. Se investiga el efecto de la geometría del inyector sobre la eficiencia de la turbina. Para este estudio se utilizaron dos geometrías conocidas comoson la de la Organización Latinoamericana de Energía (OLADE) y de la Swiss Centre for Development Cooperation in Technology and Management (SKAT). Se realizaron simulaciones utilizando un modelo de flujo Turbulento, con un modelo de turbulencia k-ε. Se impuso un salto de presión entre la entrada y la salida obtenido a partir de los valores típicos de operación de esta máquina. Las simulacionesnuméricas se llevaron a cabo mediante el software FLUENT, que resuelve numéricamente este problema mediante el método de volúmenes finitos (FVM) aplicado a un flujo permanente incompresible. Los resultados fueron comparados con datos experimentales a fin de validar el modelo teórico. En el presente estudio se adoptaron los ángulos utilizados por las respectivas instituciones, es decir 71º para el ángulode admisión de la turbina SKAT [Arter, et.al., 1990] y 120º para el de la turbina OLADE [OLADE, 1982]. En las Figuras 1 y 2 se pueden observar los esquemas de ambas máquinas.

INTRODUCCIÓN El inyector de una turbina Michell–Banki es el que dirige el agua hacia el rotor a través de una sección denominada arco de admisión que toma una determinada cantidad de álabes del mismo, a fin de obtener elmayor aprovechamiento de la energía. Posee una sección transversal de forma rectangular compuesta por dos caras laterales rectas que permiten descargar el flujo sobre todo el ancho del rotor y una cara superior envolvente que guía el flujo. La regulación de la potencia se realiza variando el caudal que ingresa a la máquina, mediante un álabe regulador que permite estrechar la sección de pasaje delagua a través de un movimiento sobre su eje. El chorro entra al rotor con un ángulo que es constante en toda la admisión y tangente a la periferia del rotor. El flujo que abandona las paredes sólidas del inyector es definido como un chorro libre. La diversidad de diseño en la geometría del inyector hace que se adopten distintos ángulos de admisión. A través de las diversas investigaciones que sehan realizado sobre esta máquina los ángulos de admisión del inyector van desde los 30º hasta los 120º.

XI Encuentro Latino Americano y del Caribe Sobre Pequeños Aprovechamientos Hidroenergéticos, 02 al 04 de Noviembre del 2005, ValparaísoChile.

Figura 1: Inyector SKAT

herramienta apropiada para predecir comportamiento del álabe regulador.

el

Figura 2: Inyector OLADE En amboscasos, el álabe regulador divide el flujo en dos partes, una superior y otra inferior, con la finalidad de disminuir la cupla de accionamiento de dicho álabe.
MODELACIÓN NUMÉRICA Y CONDICIONES DE BORDE.

SIMULACIÓN COMPUTACIONAL Y VALIDACIÓN DE LOS RESULTADOS Para realizar la validación de la simulación computacional se compararon los resultados obtenidos con valores experimentales obtenidos para uninyector OLADE ( Aguerre et. al , 1987). Se realizaron simulaciones para aperturas del álabe regulador de 100%, 60% y 20% y se comparó con los resultados experimentales. La simulación se llevó a cabo para mallas de distinta densidad a fin de encontrar la que mejor se adaptara al proyecto. Finalmente se optó por una malla de 6736 nodos y 12967 elementos triangulares, para el inyector OLADE, con...