Calculo de Eficiencia Hidraulica en Turbinas Francis

ASPECTOS HIDRÁULICOS Energía hidráulica másica a disposición de la turbina = g× H [J/Kg o m 2/s 2] Definida a partir de los niveles aguas arriba y aguas abajo, teniendo en cuenta las pérdidas de energía másica en las tuberías. Caúdal Q [m 3/s] El caúdal es: · definido para una utlización óptima del volúmen de agua acumulada (V/t) en las instalaciones con lago de acumulación · definido a partir de caúdales clasificados en las plantas al filo del agua Potencia hidráulica a disposición de la turbina Ph [W] Ph = r ×Q×g×H r g H Q

: : : :

masa volúmica del agua atracción terrestre caída caúdal

[kg/m3] [m/s2] [m] [m3/s]

Potencia mecánica producida por la turbina Pm [W] Pm = M×v

v =

2 ×p × n 60

M v

: :

torque de la turbina velocidad de giro de la turbina

[Nm] [rad/s]

n

:

velocidad de giro de la turbina

[rpm]

Eficiencia de la turbina

h=

Pm Ph

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Este diagrama permite de ver gráficamente lo que representa la energía másica de la turbina gH

g × H = g × HI - g × HI

g × H = g × Zg - g × HrVII -I - g × Hr-

____

I - VII

2

g × HI = g × ZI +

PI CI é J ù + ê ú r 2 ë Kg û P-

2

C- é J ù g × H- = g × Z- + + I ê I r 2 ë Kg úû I I

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Elección de la velocidad de giro de un grupo hidroeléctrico Criterio eléctrico f : frecuencia de la red 50 o 60 Hz

f =

zp × n 60

z p: cantidad de pares de polos del generador n : velocidad de giro Criterio económico Potencia mecánica Pm

Pm = M ×v = F × R ×

2×p × n 60

F : fuerza de la turbina al nivel de los pernos de acoplamiento R : Radio de disposición de los pernos Criterio hidráulico · ·

resistencia mecánica comportamiento de la cavitación

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Características hidráulicas Velocidad específica Nq 1

Nq =

n ×Q 2 3

Hn 4 n Q Hn

: : :

velocidad de giro (rpm) caudal (m3/s) caida neta (m)

Gráfico representando la caída neta vs. la velocidad específica

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10/10 Gráfico representando Sigma [s] vs. velocidad específica Nq

s = Hb Hv Hs Hn

Hb - Hv - Hs [-] Hn : : : :

Altura representativa de la presión atmosférica al nivel aguas abajo Altura representativa de la tensión de vapor (=f(T°C)) Según croquis más abajo Caída neta

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Evolución de la forma del perfíl meridiano de un rode te Francis según la velocidad específica

Nq»16

Nq»126

Nq » no×157.7

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Eficiencia de la turbina

2 ×p × n M× Pm 60 h= = Ph r × Q × g × Hn Eficiencia energética ht

g × Hn - g × Hr g × Hn

ht = Hr

: representa la pérdidas energéticas (frotamiento, cambio de sección, cambio de direction, incidencia en el pre-distribuidor, en los álabes móviles, en los álabes del rodete)

Eficiencia volúmica

qv = Qr

Q - Qr Q

: representa el caudal perdido en los laberintos

Eficiencia mecánica

hm =

P - Prm P

Pr m : representa la pérdidas mecánicas internas (frotamiento entre piezas fijas y en giración) + pérdidas mecánicas externas (cojinete, sello de turbina, etc.)

h = ht × qv × h m

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