T4-3 - Turbinas_Hidraulicas_Comportamiento.pdf

Tema 5.2 - Turbinas Hidrulicas. Comportamiento

Fernando Martinez- Grupo REDHISP - Dep. Ing. Hidrulica. UPV 1

AMPLIACIN DE TCNICAS ENERGTICASAMPLIACIN DE TCNICAS ENERGTICAS IIII

ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES VALENICAESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES VALENICAING. INDUSTRIAL ING. INDUSTRIAL -- 5 CURSO 5 CURSO -- ESPECIALIDAD ENERGAESPECIALIDAD ENERGA

Las Turbinas HidrulicasLas Turbinas HidrulicasComportamiento Comportamiento

Fernando MartnezFernando Martnez AlzamoraAlzamoraDep. Ing. Hidrulica. UPVDep. Ing. Hidrulica. [email protected]@hma.uvp.es

1. Balance Energtico de una Turbina 1. Balance Energtico de una Turbina

2. Curvas de Comportamiento de una Turbina 2. Curvas de Comportamiento de una Turbina

a Q variable y N variablea Q variable y N variable

3. Ensayos de Turbinas. Curvas Universales. 3. Ensayos de Turbinas. Curvas Universales.

4. Semejanza. Velocidad Especfica. 4. Semejanza. Velocidad Especfica.

Coeficientes de VelocidadCoeficientes de Velocidad

5. Cavitacin5. Cavitacin

ContenidosContenidos



BALANCES ENERGTICOSBALANCES ENERGTICOS

1.1 BALANCE ENERGTICO DE UNA TURBINA DE ACCIN1.1 BALANCE ENERGTICO DE UNA TURBINA DE ACCIN

A) Tringulos de velocidad. Potencia Extrada

)cos1()uv(Q)cosww(Q)ww(Q)vv(QF 21r2u1u1ru2u1ru2u1rt +=+===

urrttt HQuvuQrFMP *21 )cos1()( =+===

guvuH u

)cos1()( 21* +=

gmuvuH u

)cos1()( 21 +=

Fuerza ejercida sobre las cucharas

Potencia y Altura extrada del chorro

Prdidas hidrulicas rodetew2 = m . w1 m< 1

H ficticia (sin prdidas en cucharas)

2



A) Tringulos de velocidad. Potencia Extrada (cont)

Cul es la relacin ptima entre v1 y u?

Sup H, Q fijo v1 fijo Qu valor debe tener u para que P sea mxima?

0)2( 1 = uv

[ ] 0)cos1()( 21 =

+=

u

uvuQu

P rt

uv

=

21

u1v1

- Si u = 0 P = 0 (No hay giro)- Si u >= v P=0 (No hay impacto)- Luego u < v cunto?

uv = 21


B) Balance de Energa (Hidrulica)

zg

vHhhH urodtobn ++++= 2

22

zV2

V1

Hn

?tobh

)(211 zHgKv nv = gKv

zHv

n

=212

12

)11(22

)(1

21

21

2

=

=v

ntob Kgv

gv

zHh

?rodh )1(222

212

22

12

mg

w

gw

gwh rod ==

Prdidas E salida

H til aprovechada

0,96 0,98




C) Balance de Energa (Global)

nd HQP =

Hn

manvolmecn

urmec

d

i

i

u

d

ug HQ

HQPP

PP

PP

=

===

= ejeu MPPrdidas Hidrulicas man

Prdidas de Caudal v

Prdidas Mecnicas mec

El g en las turbinas Pelton tiene valores en torno al 90 %g vara mucho con Hg vara poco con Q

Qd 60 % Qmax


meciuuri PPP,HQP == i

umec P

P=

n

uman H

H=

QQr

vol =

1.2 BALANCE ENERGTICO DE UNA TURBINA DE REACCIN1.2 BALANCE ENERGTICO DE UNA TURBINA DE REACCIN

A) Tringulos de velocidad. Potencia Extrada

Par transmitido al eje del rodete

Potencia y Altura extrada de la corriente de fludo

)()coscos( 2211222111 uurrt vrvrQvrvrQM ==

uruurtt HQvuvuQMP === )( 2211 gvuvuH uuu 2211

=

Para cada 1 Existe Q0( 1) tal que 1 = *1Slo existe un Q*0 tal que v2u= 0

u = . r

1

1

2



B) Balance de Energa Hidrulica

Entrada Caracol Entrada Rodete

Entrada Rodete Salida Rodete

chrfru hhHzgvp

zg

vp,,2

222

1

211

22+++++=++

Salida Rodete Salida Difusor

chdfdfcn hhhzgvPH

,,,11

21

2+++++=

v23= v 23m + v

23u = v

22u

0 por accin difusor

+++= chfuun hhgvHH2

22

fdfresfdfu

fdfatm hhh

gvh

gvp

zg

vp,,

22

,

23

2

222

222+=+=++=++

0

istribuidor

Caracolodete


C) Balance de Energa Global. Prdidas Volumtricas

Situacin de las prdidasPrdidas interiores qi

Prdidas exteriores qe

Turbinas: Qr= Q qe q iqe

Qr

qi

Turbina Bomba

Forma de evitarlas o minimizarlas

Cierrres hidrulicos (nunca llegan a eliminar el caudal de fuga)Cierres de contacto (problemas de rozamiento mecnico)




C) Prdidas Volumtricas: Prdidas internas (caudal de recirculacin)

Dnde se producen?

Q

Qr

Orificio de equilibrado

Disco anterior

Cmo se eliminan? Cierres hidrulicos o labernticosJ =huelgo=0,2 0,4 mm


C)Prdidas Volumtricas: Prdidas internas (caudal de recirculacin)Tipos de cierres hidrulicos




C) Prdidas Mecnicas: Friccin en prensaestopas

PrensaestopasCaja Prensaestopas

rgano de compresin

Dispositivo de lubricacin

Empaquetadura o estopa (camo, algodn, tefln)

Material compresible prensado en un espacio reducido que:disminuye el juego entre eje y carcasa por contacto directo

Cmo se eliminan? Cierres de contacto: Prensaestopas y Cierres mecnicos


C) Prdidas Mecnicas: Friccin en los cierres mecnicos

Cierres mecnicos

Elemento estacionario

Elemento rotativo

LADO RODETE

Resorte Formados por dos anillos:- Uno estacionario y otro

solidario con el eje- Ambos comprimidos mediante

un resorte




C) . Prdidas Mecnicas. Friccin en cojinetes

Prdidas por friccin en cojinete guia y de empuje

Parte giratoria (solidaria con el eje)

Parte fija (enclavada en zonas inmviles de la estructura)

Vista cojinete de Empuje



C) Prdidas Mecnicas. Friccin en discos

Prdidas por rozamiento en discos

Hay fluido que queda atrapado entre el rodete y la carcasa. Parte de la potencia mecnica se invierte en mover este agua

cosdiscojinetescierremec PPPP ++=



C) Balance de Energa (Global)

nd HQP =

Hn

manvolmecn

urmec

d

i

i

u

d

ug HQ

HQPP

PP

PP

=

===

= ejeu MP

Prdidas Hidrulicas man

Prdidas de Caudal v

Prdidas Mecnicas mec

Turbina Francis Qd 75 % QmaxTurbina Hlice Qd 90 % Q max


n

uman H

H=

QQr

vol =

i

umec P

P=

meciuuri PPP,HQP ==

n

uman H

H=

QQr

vol =

i

umec P

P=

n

uman H

H=

QQr

vol =

CURVAS A CURVAS A QQ VARIABLE VARIABLE Y A Y A NN VARIABLEVARIABLE



2.1 EC. DE COMPORTAMIENTO DE UNA TURBINA A Q VBLE Y N CTE2.1 EC. DE COMPORTAMIENTO DE UNA TURBINA A Q VBLE Y N CTE

A) TURBINA PELTON

1. Curva Hn- Q a inyector fijo. Altura neta requerida para turbinar cada caudal

La altura neta requerida para turbinar un caudal es independiente de las condiciones de diseo del rodete en las turbinas Pelton

242

1v2

21

21v

n Qdkg8

zg2

v

k1

zHpi

+=+=

4dvQ 21 = pi

)zH(g2kv n1v1 =

2)inyectorposicion(n QkzH +=

Hn (d1) Hn (d2)Hn (d3)

z Q

Hn Apertura inyector

Q

A

A) TURBINA PELTON

)cosm1(gvu)cosm1(

gu

g)cosm1()uv(uH 212

221

u +++=+=

2. Curva Hu- Q a inyector fijo. Altura til aprovechada para cada caudal turbinado

cteN60

NDru =

==pi

QdQ

v = 24

pi

QNBANH inyectorposicionu += )(2

QBNANQdg

NmDg

NmDHu +=+

++

=2

22

2

22

22

15)cos1(

60)cos1( pi




A) TURBINA PELTON

3. Representacin grfica 4. Curvas de ExplotacinCurvas H Q para varias posiciones del inyector

Hn (d1)Hn (d2)

Hn (d3)

Hu (d1)

Hu (d2)

Hu (d3)

z

Q

H

Hn

Q1 Q2 Q3

Apertura Inyector ( d)

Curvas H Q para varias posiciones del inyector.

Posicin

Q

Curva Motriz salto

Curvas Resistente Turbina


B) TURBINA FRANCIS

),,,( 12211 turbinageometraNQfgvuvuH uuu =

=

1. Curva HU- Q a distribuidor fijo. (Altura til aprovechada para cada caudal turbinado)

2

2

1

1222111

6060Du

DuNvbDvbDQ mm pipipipi ====

2

22222

1

11 tg

vuwuv

tgv

v muum

u ===

QNtgbgtgbg

Ng

Dtggvu

tggvu

guH mmu

++=

++=

2211

22

22

2

2

22

1

112

2

601

601

60 pi

QNBANH ordistribuidposicionu += )(2

Disco Posterior

Disco Anterior

b

D1

D2

Cubo rodete

EjeV1m

T. Francis Lenta




B) TURBINA FRANCIS2. Curva Hn- Q a distribuidor fijo. (Altura neta requerida para cada caudal turbinado)

+= hHH un2*

032

1022

12

n )QQ(k))(QQ(kQkBNQANH ++++= Friccin Choque rodete E cintica residual + Choque

distribuidor

La altura neta requerida para turbinar un caudal NO es independiente de las caractersticas de diseo del rodete en las turbinas Francis


Altura terica

B) TURBINA FRANCIS

3. Representacin grfica: Curva H-Q para una posicin del distribuidor fija 1

hresidual+ hchoque

Posicin Distribuidor nominal (1)n para la cual se cumple:

)(QQ 100* =

Punto nominal o de diseo

HnHu

hfriccin

Q*0

hresidual + hchoque




B) TURBINA FRANCIS

)(QQ 100*

3. Representacin grficaCurva H-Q para varias posiciones del distribuidor 1

Posicin Distribuidor 1 para la cual se cumple:

Hn(1n)

(1)

hfriccin(1)h residual+ hchoque1n)

hresidual(1)hchoque(1)

Hu (1n)

Hu(1)

Q*o Qo(1)

Posicin Distribuidor 1n para la cual se cumple: )(QQ 100* =


B) TURBINA FRANCIS

4. Curvas de Explotacin

Hn(n)

Hn(1)

Hn Curva Motriz Salto

Curvas Resistentes Turbina

Q

H

P

1n


Corte para H = cte



C) TURBINA KAPLAN

1. Ley de conjugacin entre posicin labes del rodete y del distribuidorPara cada H, hay una relacin ptima entre posicin labes distribuidor y rodete

2. Curvas de explotacin (Rendimientos en la explotacin)

T Hlice

T KaplanT Pelton

T Francis


Ley de conjugacin para T. Kaplan

= ngulo palasa = ngulo distribuidor

A) TURBINA PELTON

2''

602 NBNANMPP iu ==pi

1. Cmo vara M, P, con N para una posicin del inyector fija?H constante

Posicin Inyector ConstanteN variable

v1 y d chorro constante

Q constante

BNANRvRQuvRQM =+=+= )60

2()cos1()()cos1( 1212pi

u = piDN /60

22

''''

'' NBNAHQ

NBNAPP

nd

ug =

==

Teora N emb = 2 N0Realidad Nemb < 2 N0

Fintado: chorro no impacta con rodete

N embalamiento M =0 uemb= v1 Nembalamiento= 2.N0

N0 P =Pmax u0 = v1 / 2

2.2 EC. DE COMPORTAMIENTO DE UNA TURBINA A Q CTE Y N VARIABLE2.2 EC. DE COMPORTAMIENTO DE UNA TURBINA A Q CTE Y N VARIABLE

Q, 1Q, 1

Q, d1 > d1Q, d1 < d1



B) TURBINA DE REACCIN (FRANCIS KAPLAN)

1. Cmo vara M, P, con N para una posicin del distribuidor fija? H constante

Posicin distribuidor fija N variable

Q constante?

A) Hiptesis: Q constante

[ ] BNAtgv

urtgv

rQvrvrQM mmuu === )()(2

222

1

112211

cte cte

2''

602 NBNANMPP iu ==pi 22

''''

'' NBNAHQ

NBNAPP

nd

ug =

==

B) Realidad: Q variableTurbinas Francis lentas: Si N Q Turbinas Francis Normal: Si N Q=Turbinas Francis Rpidas: Si N Q

Vm Q =cteU N


B) TURBINA DE REACCIN (FRANCIS KAPLAN)

)6002

3(0 sembnNN +=

1. Cmo vara M, P, con N para una posicin del distribuidor fija?Consecuencias de Q variable con N Curva de M abombada y curva de P y sesgada N embalamiento 2 0 Frmula emprica general

Curvas reales para una turbinaFrancis lenta con Hn y 1 ctes




ENSAYOS EN LABORATORIOENSAYOS EN LABORATORIOCURVAS UNIVERSALESCURVAS UNIVERSALES

3.1 Ensayos en Laboratorio1. Qu son?

Experimentacin sobre MODELOS REDUCIDOS de turbinas (que reproducen fielmente al prototipo) para determinar su comportamiento real

Los resultados de ensayo se extrapolan a la turbina prototipo mediante Leyes de Semejanza ordinarias

Posteriormente se pueden corregir los resultados con el efecto de escala (trasposicin de rendimientos)

2. Qu aplicacin tienen? Constructores: Investigacin Terico- Exper. nuevos diseos de Turbinas

- Determinacin comportamiento de una turbina para distintos regmenes de funcionamiento

- Ensayos mecnicos: esfuerzos sobre palas del distribuidor, empuje

- Ensayos de Cavitacin Compaas Elctricas:

Ensayos de adjudicacin de Equipos. (Validar Ofertas) Ensayos de recepcin de equipos Ensayos de contraste para renovacin de equipos

3. ENSAYOS DE TURBINAS. CURVAS UNIVERSALES3. ENSAYOS DE TURBINAS. CURVAS UNIVERSALES



En Espaa: Laboratorio de Mquinas Hidrulicas de Labein (Bilbao). Tipo: Laboratorio Independiente Ao: 1984. Actualmente reconvertido en Centro Tecnolgico Gob. Vasco. Inversin: 380 Mptas

3.2 Curvas Universales

1. Qu son?Modo universal en el que se representan los resultados de los ensayos de la turbina

2. Cmo se obtienen? Se construye un modelo reducido (D = 0,5 1 m) Se instala en el banco de Ensayos Se fijan Q y H dentro de un rango, y para una posicin fija del distribuidor se

hace variar la velocidad N, leyendo en cada punto: M, N, Q, H, con lo que:

Finalmente se refieren los resultados a una turbina patrn de D11= 1 m y H11= 1 m. mediante las leyes de semejanza

HQ60/N2M

=

pi


3.2 Curvas UniversalesEjemplo de Instalacin para ensayo de turbinas en circuito cerrado (media-baja presin)

Turbina Modelo

VenturiBombas

Vlvula Estrangulamiento (regula H)

By pass (regula Q)




3.2 Curvas Universales Dos turbinas se comportan de forma semejantes si se cumple:

Semejanza Geomtrica Semejanza Cinemtica Semejanza Dinmica (usualmente no se cumple)

Cada punto de funcionamiento en una turbina tendr su homlogo en la turbina semejante, y se mantendrn los si existe semejanza dinmica

Turbina referencia H=H11=1 m ; D =D11=1 m N = N11 ; Q = Q11 ; M = M11 ; P = P11

2/32

'

3

'

2/12

'

2/1

'HH

DD

'PP

;'H

HDD

'MM

;'H

HDD

'QQ

;'H

HD'D

'NN

=

=

=

=

5

5

3

3

3

3

2

2

2

2

'DD

'NN

'PP

;'D

D'N

N'Q

Q;

'DD

'NN

'HH

===

HDQQ

HDNN 21111 == HD

MMHDPP 3112/3211 ==


Leyes generales

Aplicacin a Turbinas

3.2 Curvas Universales

Resultados Ensayo Modelo Reducido Dm, Hm

Curvas Universales o Diagramas topogrficos

D11=1 m, H11= 1 m

Q

Variables reducidas


Variables reducidas

Ambos diagramas son equivalentes, pues

P11 = Q11

Uno y otro diagrama reflejan el comporta-miento de la turbina bajo cualquier circunstancia



Ejemplos de curvas universales (cont)

Posicin Distribuidor

Colinas Isorrendimiento

Curva Universal P11- N11T. Pelton




Posicin distribuidor

Parmetro cavitacin


Curva Universal P11- N11T. Francis lenta





Curva Universal Q11- N11T. Francis normal


Posicin Distribidor


Ejemplos de curvas universales (cont) Curva Universal Q11- N11 T. Kaplan

Lneas de Cresta para hlice bloqueada ()

Lneas de Cresta para distribuidor bloqueado

Colinas isorrendimiento: mx que puede obtenerse para el pto Q11 . N11

Colinas para hlice bloqueada




Transposicin de rendimientos

=

n

n

m

m

HH

DDk '11

'11

Turbina Modelo

Turbina Prototipo > Moody II k =1 m =0,25 n =0,01, Ackeret k =0,5 m =0,2 n=0,1.

Buen cuando varia H o cuando varia Q

Buen cuando vara H

Buen en un gran

rango de Q

N11

P11

Kaplan

Forma de las colinas isorrendimiento para las diferentes turbinas

'

'D'NDN

'HH

22

22

n

n=

Mal cuando vara Q

Mal cuando vara H

1) Diseo: Calcular el D de una turbina para equipar un salto H con un caudal Q (o potencia P)

pfNN S == 60

INCGNITAS: D, NDATOS: H, Q (o P),

o

o HDNN =11

N, D

N11o

P11o

Punto de mximo

rendimiento

SI FIN

SI SNN Fijar HO = H D, Q ( Qo) Fijar Qo = Q D, H ( Ho) Barrer con D, y ver con cul obtengo

mejor en las proximidades del punto deseado H ( Ho), Q ( Qo)

Interesa que el pto H, Q deseado sea el nominal (max )H = HOQ = QO (P = Po)

o

oo HD

QQ 211 =SNN =

N11o

Q11o

3.1 APLICACIN DE LAS CURVAS UNIVERSALES3.1 APLICACIN DE LAS CURVAS UNIVERSALES




Otra expresin de las curvas universales

HDQQ

HDNN 21111 ==

4/3

2/1

q HQNn =

2224

u

HgDu

Q =

=

pi

Coeficiente de presin

Coeficiente de caudal

/n001737,0n006341,0 sq4321 ===

Punto mejor rendimiento, al variar D (fijada Ns)

Punto ptimo de la turbina

Lugar geomtrico puntos Q,H al variar D (fijada Ns)

3.1 APLICACIN DE LAS CURVAS UNIVERSALES3.1 APLICACIN DE LAS CURVAS UNIVERSALES

2) Explotacin: Curvas de Explotacin

DATOS: D, N

INCGNITAS: Q, H, P, , posicin distribuidor

Obtener comportamiento turbinas bajo determinadas condiciones

cteH

DNN11 =

=

H = cte

H = vble

N11 =cte

N11 = vble

Curvas de explotacin a H cte

Curvas de explotacin a H variable



COEFICIENTES DE VELOCIDADCOEFICIENTES DE VELOCIDADPREDIMENSIONADOPREDIMENSIONADO

4. VELOCIDAD ESPECFICA Y VELOCIDAD CARACTERISTICA4. VELOCIDAD ESPECFICA Y VELOCIDAD CARACTERISTICA

Definiciones

Velocidad especfica nsVelocidad de rotacin de una turbina patrn semejante con P = 1 CV y H = 1 m en su punto de mximo

Velocidad caracterstica nqVelocidad de rotacin de una turbina patrn semejante con Q = 1 m3/s y H = 1 m en su punto de mximo

Nmero de velocidad Otras Unidades

Dos turbinas Semejantes tienen las mismas ns y nqEl inverso no es del todo cierto

4/5s HPNn =

4/3q HQNn = qqs n45,3n65,3n =

( )

166n

5,45n

gHQ

n sq

4/3o =

5

5

3

3

2

2

2

2

'DD

'NN

'PP;

'DD

'NN

'HH

==

3

3

2

2

2

2

'DD

'NN

'QQ

;'D

D'N

N'H

H==

PHDd

4/3

s =

N = ns

D = ds

N = nq

)SI(n82,3)USA(n ss =P en HP, H en ft

Equivalencia




Qu aplicacin tienen?

Caracterizan un grupo de turbinas Semejantes (Geometra, morfologa, comportamiento y lmites de utilizacin)

Preseleccin de turbinas para equipar un salto: Objetivo: equipar una central con un salto nominal H0 y una Potencia

nominal P0 (o un caudal nominal Q0)Paso 1: Seleccionar la turbina: Se calcula ns para cada curva universal

Se despeja N y se adopta la Ns ms prxima (normalmente por debajo)

Paso 2: Calcular el dimetro necesario de la turbina preseleccionada (Ver apartado anterior o despejar de ds).

4/50

04/5

11

1111

0

0

0 HP

NH

PNns ==

4/30

04/3

11

1111

0

0

0 HQ

NH

QNnq ==


Campo de Aplicacin de los diferentes tipos de turbinas

Lmites para ns en funcin de Hn

ns

Hn

Campo de alturas limitado para que:- En Turbinas Pelton tenga coherencia el chorro- En Turbinas de reaccin no exista cavitacin




Evolucin de la morfologa y parmetros caractersticos de las turbinas en funcin de ns

nsds1 ds2 V

22 / 2gHu

Si ns ds2 ds1 se aproxima ms a ds2 Grado de reaccin

v 22/ 2g Hu

Aumenta el riesgo de cavitacin

2/1

4/3

s PHDd =

ds1

ds2

u

12H

/P/P

=


Comparacin entre una Bomba y una Turbina para las mismas prestaciones Q, H, y girando a la misma velocidad N (mismo ns)

1

u1

u11

21

t

pt

u2v1

g/vu/)pp(

HH

=

t,1b,212

1u12u2tb

u11u22t,tb,t

DDuuu/vu/v

vuvuHH>>

>>

El grado de reactividad puede aproximarse a:

2

u2

u22

12

t

pb

u2v1

g/vu/)pp(

HH

=

Bombas Turbinas

La altura terica viene dada por:

Para una bomba Ht,b > Hu y para una turbina Ht,t < Hn Adems las bombas se disean para un mayor que las turbinas, al ser el flujo divergente Luego

gvuH u22b,t =

gvuH u11t,t =

BombasTurbinas

En la prctica D1,t 70 % D2,b



4.1 COEFICIENTES DE VELOCIDAD4.1 COEFICIENTES DE VELOCIDAD

1. DefinicinRelacin existente entre una velocidad y 2gH, siendo H la altura neta de la turbina, trabajando en el punto ptimo de funcionamiento

Dos Turbinas Semejantes tienen los mismos coeficientes de velocidad si se mantienen los rendimientos en puntos homlogos

Si dos Turbinas tienen los mismos coeficientes de velocidad, entonces son semejantes

Todos los coeficientes de velocidad se pueden expresar en funcin de ns

2. Qu aplicacin tienen? Caracterizar el comportamiento de un grupo de turbinas semejantes Pre-dimensionado de las Turbinas

)kkkk(2 u2v2uu1v1uman =

gH2vkv =

)kk(1 22v21v =


KuDp

Ku

d0/Dp

ns

b D1 Ku1

Ku1

D2 Ku2

b

D1 = D2Ku1=Ku2

b/D1

Ku2

Ku1

Ku1

b/D1

Ku1 =Ku2

Coeficientes de Velocidad Caractersticos

ns

d0




Coeficientes de velocidad en turbina Kaplan en funcin de la distancia al cubo

R/Re

kukm

R / ReCubo

Dimensiones Turbina Kaplan y nmero de palas en funcin del salto

Hn

Dint/Dext

z

CAVITACIN EN TURBINASCAVITACIN EN TURBINAS



5. CAVITACIN5. CAVITACIN

1. Qu es?Formacin de burbujas (cavidades de vapor) por evaporacin del agua cuando desciende la presin

2. Causas- Descenso de Presin

- Por aumento de velocidad- Por desviacin brusca del fluido- Por disminucin de la presin absoluta a la salida de la turbina- Por distorsin del campo de presiones alrededor de los labes

Aumento de Temperatura del fluido

3. Consecuencias Disminucin de la seccin de paso til Erosin mquina (condensacin brusca

del fluido) Vibraciones (oscilacin par y empuje)




5. CAVITACIN (Bomba)5. CAVITACIN (Bomba)


4. Condicin de no cavitacin

vmin PP >

v

222 Pg2

wkP >

v

22

2

2m2

datm P

g2wkz

g2vP

>

)( scritico n >

La presin mnima en una turbina se da un poco antes de la salida

Incipiente Parcial Inadmisible

n

2m2

d22

n

vsatm

Hg2

v

g2wk

HHHH

+

>

Nomenclatura: z2 = Hs ; Patm/ = Hatm ; PV / = Hv

depende de la instalacin Critico depende de la turbina

2v

2w m22

KK

)1(g2

vh

g2/vhg2/v

d

2m2

d,f

2m2

d,f2m2

d

=

=




Lmites de aplicacin de las turbinas de reaccin por causa de la cavitacin, segn diversos autores

nscritvatms H)n(HHH =

Variacin Hatmcon la altitud

Variacin Hv con la temperatura

Expresin del lmite de Hs en funcin de ns y Hn

Si Hs >= - 3 m por economa, y Hatm y Hv no varan mucho, al aumentar ns debe disminuir HnCurva Lchinger: 8410H

6850n

ns ++

Ejemplo: ns = 200 , Hn = 100 m , Hatm = 9,75 m (500 m) , Hv = 0,125 m (T = 10 C) Hs < 0,63 m


5. Recomendaciones para combatir la cavitacin

Altura Difusor (Hs) incluso sumergido (Hs< 0) Coste por excavacin

Velocidad de giro N Coste por Dimetro D

Empleo de Buenos materiales Coste por materiales

Inyeccin de aire (1/1000) para amortiguar cavitacin

Decisin por compromiso econmico

Documents

T4-3 - Turbinas_Hidraulicas_Comportamiento.pdf