43764271 Turbinas Hidraulicas y Sus Sistemas de Regulacion de Velocidad

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Om La regulación de velocidad en máquinas hidráulicas involucra la realimentación del error de velocidad para generar una acción de control que actúa sobre la posición del distribuidor. Om ara asegurar una operación estable y paralela de múltiples máquinas los reguladores de velocidad están provistos con una característica de estatismo de estado estacionario (estatismo permanente R). Los valores típicos de estatismo permanente son del orden del 5%, una variación de velocidad del 5% causa un cambio del 100% en la posición del distribuidor o en la potencia de salida ÿ ganancia=20. ara una turbina hidráulica, un regulador de velocidad sólo con estatismo permanente podría no ser satisfactorio.  La turbina es representada por el modelo ya visto y el regulador de velocidad con una ganancia K G=1/R. El generador es representado por un retardo de primer orden cuya constante de tiempo es función de la inercia de las masas rotantes del generador y de la turbina. Ecuación de movimiento con TM=2H. Realizando el análisis de estabilidad de este modelo lineal aplicando la técnica del lugar de las raíces se determina que R>0.2 para que el sistema sea estable ÿR>20%, para los valores típicos el sistema es inestable.

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  En turbinas hidráulicas es necesario también incluir un estatismo transitorio para asegurar el comportamiento estable para los valores pequeños de estatismo permanente. Esto se logra con una reducción de ganancia transitoria a través de un lazo menor de realimentación. La realimentación retarda o limita el movimiento de la compuerta hasta que el flujo de agua y la potencia de salida tienen tiempo de crecer.

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     Con este esquema se consigue un estatismo grande (baja ganancia) para desviaciones rápidas de frecuencia y un estatismo normal (alta ganancia) en estado estacionario. Además asegura una regulación de velocidad estable en operación aislada. Como consecuencia la respuesta de la unidad ante cambios en la frecuencia es relativamente lenta. c    !"  #$ !  Om Êtilizado en unidades viejas. Om El censado de la velocidad, la realimentación con estatismo permanente y funciones de cálculo son provistas por elementos mecánicos. Om Las funciones que involucran potencias mayores son realizadas por componentes hidráulicos (amplificador), por ejemplo para el movimiento de compuertas. Om e utiliza un amortiguador (dashpot) para proveer la compensación de estatismo transitorio. La función de transferencia entre la válvula y el servomotor de la compuerta es:

La función de transferencia entre la válvula del piloto y el servomotor del piloto es:

Donde K2 está determinada por la relación de los brazos de palanca, combinando se obtiene:

Donde Ks es la ganancia del servo y T p la constante de tiempo del servo de la válvula piloto. Asumiendo que el fluido del amortiguador que fluye a través de la válvula de aguja es proporcional a la presión del amortiguador resulta:

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 El estatismo transitorio RT está determinado por la relación de brazos de palanca, y el tiempo de reset TR (tiempo que demora el estatismo en variar de RT a R) está determinado por el ajuste de la válvula.

Om El agua no es un fluido muy compresible, si la compuerta se cierra muy rápido la presión resultante puede dañar la tubería por ello se limita la velocidad de movimiento de la compuerta. Om También se limita la posición de totalmente cerrada a totalmente abierta. Om También se incluye una banda muerta.

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 c    % #$ !  ] Los modernos reguladores de velocidad para turbinas hidráulicas utilizan sistemas electro- hidráulico. ] El censado de la velocidad, la realimentación con estatismo permanente y transitorio, y funciones de cálculo son realizadas eléctricamente.

ÿ Mayor flexibilidad ÿ Mejor desempeño en relación con los tiempos de retardo y la banda muerta. ] Las características dinámicas son ajustadas para ser muy similares a las de los reguladores de velocidad mecánico-hidráulicos.  "%" & '"  " ( (%   '"    En la sintonización de los parámetros del sistema de regulación de velocidad se debe considerar: ] Comportamiento estable en operación aislada (la peor situación es alimentando una carga local a potencia máxima). ] Aceptable velocidad de respuesta para tomar y liberar carga en operación normal. ara operación estable en condiciones de operación aislada la sintonización del valor de estatismo transitorio y de tiempo de reset se realiza con:

ara tomar y liberar carga en operación normal en el sistema interconectado los valores de la ecuación anterior arrojan una respuesta muy lenta (T R = 9 s). ara una razón de toma de carga razonable T R < 1.0 Es preferiblemente T R ë 0.5 s. ÿaypass del amortiguador en carga y descarga de la unidad en operación interconectada. c    )

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„  Algunos reguladores de velocidad electro - hidráulicos están provistos con un controlador  D que permite obtener una respuesta más rápida con una

reducción de ganancia transitoria y con un aumento de ganancia de estado estable. La acción derivativa es útil en operación aislada particularmente en unidades con TW elevado (TW •3s). in embargo valores elevados de KD pueden producir oscilaciones en operación interconectada. Valores típicos: K=3, K =0.7, KD=0.5 · '"  %* "( $ ! ( " (% (  (%*   El grado de detalle requerido a un modelo para un estudio dado depende del alcance del estudio y de las características del sistema. 0m intonización del sistema de regulación de velocidad. El ancho de banda de los controladores  D requiere una representación precisa de la columna de agua. 0m Estudios de estabilidad transitoria: los reguladores de velocidad de las turbinas hidráulicas tienen una respuesta muy lenta para los periodos analizados ÿ modelos no lineales de la turbina y modelo del regulador de velocidad con alinealidades. 0m Estudios de estabilidad de pequeña señal: los reguladores de vel ocidad tienen un efecto despreciable en los modos locales de oscilación de frecuencia del orden de 1 Hz. in embargo el efecto en modos de oscilaciones interáreas de frecuencias del orden de 0.5 Hz puede ser significativo 2 modelos linealizados de las figuras 9.7 para la turbina y 9.10 para el regulador de velocidad. 0m Estabilidad de frecuencia, dependiendo de la naturaleza del problema se requiere una representación detallada de la dinámica de la turbina y de la columna de agua (efecto de ondas v iajeras y de chimenea de equilibrio). Estos estudios son apropiados para definir procedimientos de operación.