calculo de eficiencia hidraulica en turbinas francis
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ASPECTOS HIDRÁULICOS
Energía hidráulica másica a disposición de la turbina = g⋅H [J/Kg o m 2/s2]
Definida a partir de los niveles aguas arriba y aguas abajo, teniendo en cuenta las pérdidas de energía másica en las tuberías.
Caúdal Q [m3/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 = ρ⋅Q⋅g⋅Hρ : masa volúmica del agua [kg/m3]g : atracción terrestre [m/s2]H : caída [m]Q : caúdal [m3/s]
Potencia mecánica producida por la turbina Pm [W]
Pm = M⋅ϖM : torque de la turbina [Nm]ϖ : velocidad de giro de la turbina [rad/s]
602 n⋅⋅= πϖ n : velocidad de giro de la turbina [rpm]
Eficiencia de la turbina
PhPm=η
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Este diagrama permite de ver gráficamente lo que representa la energía másica de la turbina gH
++⋅=⋅
++⋅=⋅
⋅−⋅−⋅=⋅
⋅−⋅=⋅
−−
−−
−
−
−−
KgJCP
ZgHg
KgJCP
ZgHg
HrgHrgZggHg
HgHgHg
II
I
IIII
VIIIIVII
II
I 2
22
2
____
ρ
ρ
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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
60nz
f p ⋅=
zp: cantidad de pares de polos del generadorn : velocidad de giro
Criterio económico
Potencia mecánica Pm
602 nRFMPm ⋅⋅⋅⋅=⋅= πϖ
F : fuerza de la turbina al nivel de los pernos de acoplamientoR: Radio de disposición de los pernos
Criterio hidráulico
• resistencia mecánica• comportamiento de la cavitación
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Características hidráulicas
Velocidad específica Nq
43
21
Hn
QnN q⋅=
n : velocidad de giro (rpm)Q : caudal (m3/s)Hn : caida neta (m)
Gráfico representando la caída neta vs. la velocidad específica
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Gráfico representando Sigma [σ] vs. velocidad específica Nq
HnHsHvHb −−=σ [-]
Hb : Altura representativa de la presión atmosférica al nivel aguas abajoHv : Altura representativa de la tensión de vapor (=f(T°C))Hs : Según croquis más abajoHn : Caída neta
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Evolución de la forma del perfíl meridiano de un rodete Francis según la velocidad específica
Nq≈16
Nq≈126
Nq ≈ no⋅157.7
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Eficiencia de la turbina
HngQ
nM
PhPm
⋅⋅⋅
⋅⋅⋅==
ρ
π
η 602
Eficiencia energética ht
n
rnt Hg
HgHgh⋅
⋅−⋅=
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)
Ef iciencia volúmica
QQQq r
v−=
Qr : representa el caudal perdido en los laberintos
Eficiencia mecánica
PP m
mPr−=η
Prm : representa la pérdidas mecánicas internas (frotamiento entre piezas fijas y en giración) + pérdidas mecánicas externas (cojinete, sello de turbina, etc.)
mvt qh ηη ⋅⋅=