Turbinas hidráulicas

II.- SALTO NETO, SEMEJANZA Y COLINAS DE RENDIMIENTOS
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II.1.- CONCEPTO DE SALTO NETO EN TURBINAS HIDRÁULICAS En las turbinas de reacción el salto bruto o altura geométrica H es la diferencia de niveles entre la cámara de carga y el canal de fuga a la salida del tubo de aspiración, Fig II.2, es decir:
H = zM - za

El salto neto Hn es la energía que por kg de aguase pone a disposición de la turbina. En Europa se considera como turbina desde la entrada del distribuidor, punto M0, hasta el nivel del canal de desagüe, punto Ma, por lo que se tiene:
Hn = (
2 c0 p c2 p + 0 + z 0 ) - ( a + a + za ) 2g γ 2g γ

En USA se supone que la turbina comienza a la entrada del distribuidor, punto M0, y termina en la sección de salida del difusor, punto M3, con lo que laexpresión americana del salto neto es:
H' = ( n
2 c0 c2 p p + 0 + z 0 ) - ( 3 + 3 + z3 ) 2g γ 2g γ

Fig II.I.- Esquema de un salto hidráulico

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a) Sistemas de presión (chimeneas de equilibrio)

b) Sistemas de admisión en flujo abierto 1) Estructura de admisión; 2) Tanques de equilibrio (depósito de aire y chimenea de equilibrio)); 3) Túnel de presión aguas abajo; 4) Sala deturbinas (central); 5) Conducción forzada; 6) Túnel de flujo abierto de admisión; 7) Túnel de flujo abierto de escape; 8) Túnel de presión de admisión; 9) Embalse de carga Fig II.2- Sistemas de atenuación del golpe de ariete

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Fig II.3.- Nomenclatura utilizada en saltos con turbinas de reacción

Medida del salto neto en la Turbina de reacción.- De acuerdo con la Fig II.3, yteniendo en cuenta que, pa = patm, se obtiene:
2 c0 p c2 p + 0 + z0 ) - ( a + a 2g γ 2g γ 2 cM c2 p p + M + z M = 0 + 0 + z 0 + ht 2g γ 2g γ + za ) = = 2 2 c0 cM p0 pM + + z0 = + + z M - ht 2g γ 2g γ = ( z M - z a ) - ht = H - ht

Salto europeo: H n = (

ya que cM y ca son despreciables.
' Salto americano: Hn = (

2 c0 c2 p p + 0 + z0 ) - ( 3 + 3 + z 3 ) = 2g γ 2g γ

Aplicando Bernoulli entre My M 0 : c2 c2 p p = M + 0 + z M = 0 + 0 + z 0 + ht 2g γ 2g γ

=

2 cM c2 p p + a + z M - ht - ( 3 + 3 + z3 ) = 2g γ 2g γ

Aplicando Bernoulli entre la salida del difusor M 3 y el canal de desagüe M a =
2  c3 c2  c2 p c2 p c2 p ' ' + 3 + z 3 = a + a + z a + hs = hs ≅ 3  = a + a + z a + 3 = 2g γ 2g γ 2 g 2g γ 2g  p3 c2 p + z3 = a + a + z a γ 2g γ 2 c2 c2 c 2 - ca c2 p c2 p = M + a + zM- ht - ( 3 + a + a + z a ) = M + z M - z a - ht - 3 2g γ 2g 2g γ 2g 2g

y como cM y ca son muy pequeños, resulta finalmente como valor del salto neto USA:
H ' = z M - za - ht n
2 c3 c2 = H - ht - 3 2g 2g

y como el salto neto europeo es Hn = H - ht, el salto neto USA se puede poner también en la forma:
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H' = Hn − n

2 c3 2g

observándose que el salto neto europeo essuperior al salto neto USA. Medida del salto efectivo en la Turbina de reacción.- El salto efectivo es la energía realmente utilizada por la rueda, para su transformación en trabajo mecánico, de la forma: Salto efectivo = Salto neto - Pérdidas (distribuidor + rodete + tubo aspiración) El salto efectivo europeo es:
' ' ' ' H ef = H n - ( hd + hd + hr + hs + hs ) = H - ( ht + hd + hd + hr + hs + hs ) = H-∑ hi = Hn η hid

que tiene el mismo valor en los sistemas europeo y USA.
2 c3 ' = hs resulta: 2g c2 ' ' ' ' ' H ' = Hn - ( hd + hd + hr + hs ) = H - ht - 3 - ( hd + hd + hr + hs ) = H - ( ht + hd + hd + hr + hs + hs ) ef 2g

Para el caso USA, como:

observándose que: H ' = H ef ef En turbinas de cámara abierta, Hn = H, y en turbinas de cámara cerrada, Hn = H - ht Rendimiento hidráulico.-El rendimiento hidráulico se define en la forma:

ηhid =

N ef N ef Energía real utilizada por el rodete = = Nn Energía puesta a disposición de la turbina γ Q Hn

⇒ N ef = γ Q Hn η hid

y de acuerdo con lo anteriormente expuesto, con arreglo al concepto europeo se tiene:

ηhid =

' ' Hef H - ( hd + hd + hr + hs + hs ) h + h' + hr + hs + h' d s = n =1- d Hn Hn Hn

En Europa: η hid =...