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Turbinas

Definición, Tipos, Partes, Funcionamiento, Turbina de Vapor vs Turbina de Gas, Aplicaciones, Ventajas, Desventajas, etc.
by

Diego Hernández

on 16 June 2011

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Transcript of Turbinas

TURBINAS HIDRÁULICAS Integrantes: Dávila Omar
Hernández Diego
Infante Johann
Martinez Cristian
Rivas Luis República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Defensa
Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada
Núcleo Aragua - Extensión Cagua Instructor: Tte (EJB) Adaly Vásquez Cagua, Mayo de 2011 Nociones Fundamentales Máquinas Hidráulicas TURBINA Potencia Elección del Tipo de Turbina Líquido Prefecto Trayectoria Líquida Líneas de Corrientes Ec. de la Continuidad Energía cedida por un fluido en flujo permanente Salto Hidráulico
y Altura de Elevación Clasificación Definición GENERATRICES MOTRICES MIXTAS Clasificación Definición Grado de Reacción Turbinas de acción total Potencia Johann Infante MÁQUINAS HIDRÁULICAS * Generalidades

* Conceptos

* Teorias Desde la antigüedad el hombre se ha enfrentado a dos problemas Importantes: Desplazar agua u otro liquido desde un local a otro.





Utilizar la energía del agua o el liquido para accionar dispositivos mecánicos. Historia Se considera “líquido perfecto”, o “Fluido Ideal” al líquido incompresible, perfectamente móvil, aquel que entre sus moléculas no existen fuerza de rozamiento tangenciales y por ende sin viscosidad. Cuando el flujo es permanente, la trayectoria es inmutable, lo que significa que las trayectorias de todas las partículas que pasan por un mismo punto será la misma, ya que todas las partículas llegan al punto con la misma intensidad y dirección de velocidad, por tanto pasaran necesariamente por el mismo punto infinitamente próximo. Si en un instante dado en el seno de un fluido en movimiento, trazamos todos los vectores de velocidad de las distintas partículas que componen el fluido tendremos defino el campo de velocidades del fluido.

Si trazamos las curvas que tienen en cada punto por tangente los vectores de velocidad en dicho punto tendremos un haz de curvas que representan las trayectorias instantáneas de las partículas del fluido, a las curvas que componen este haz se denomina líneas corriente Consideremos un fluido ideal en régimen permanente, la cantidad de partículas de fluido que atraviesa una sección S1de un tubo de corriente en un intervalo de tiempo dt debe ser la misma que la cantidad de partículas que atraviesan en el mismo instante de tiempo otra sección S2 del mismo tubo de corriente, ya que al ser el fluido incompresible no puede haber concentración ni dilución de partículas, ni existe la posibilidad de perderse fluido por las superficies laterales del tubo de corriente puesto que el flujo es en régimen permanente. Consideremos un tubo de corriente en flujo permanente venciendo ciertas resistencias.

Tomando un elemento diferencial del tubo de corriente, limitado por las secciones planas ab y a’b’ y formando un ángulo α con el plano normal al flujo y sean: SALTO HIDRÁULICO: Cuando la energía es cedida por el fluido.


ALTURA DE ELEVACIÓN: Cuando la energía es entregada al fluido. Perdida de carga Cuando la magnitud Representa la energía cedida por el fluido como consecuencia al rozamiento interno, rozamiento con las paredes de las tuberías o perturbaciones del flujo se denomina PERDIDA DE CARGA y se representa generalmente por: Es una variedad de máquina de fluido que emplea para su funcionamiento las propiedades de un fluido incompresible o que se comporta como tal, debido a que su densidad en el interior del sistema no sufre variaciones importantes. Reciben trabajo externo y transforman la energía mecánica en energía hidráulica, comunicando al fluido un aumento de su energía potencial, cinética o de presión.


(Bombas Hidráulicas) Transforman la energía hidráulica de sus distintas formas a energía mecánica, generalmente en forma rotativa.






(Turbinas Hidráulicas) Transforman la energía hidráulica de un fluido de una forma a otra Bombas Turbuinas Es una turbomáquina motora hidráulica, que aprovecha la energía de un fluido que pasa a través de ella para producir un movimiento de rotación que, transferido mediante un eje, mueve directamente una máquina o bien un generador que transforma la energía mecánica en eléctrica. El grado de reacción.
Turbinas de acción.
Turbinas de reacción.

La trayectoria que sigue la partícula de fluido.
Turbinas de acción total
Turbinas radiales
Turbinas axiales
Turbinas de flujo mixto o diagonal

Turbinas de acción parcial.
Turbinas de flujo tangencial

Por sus aspectos constructivos Se clasifican según las siguientes características: Se define como grado de reacción de una turbomáquina, al cociente entre la altura de presión y la atura total que absorbe, en el caso de las turbinas, o que cede en el caso de las bombas. Salto disponible H [m]

Descarga o caudal Q [m3/s]

Velocidad de rotación n [rpm]

Momento resistente útil M [kgf.m ó N.m]

Potencia útil N [CV] o P[kW]

Rendimiento total η [adimensional]

Apertura del distribuidor [%] Magnitudes Cristian Martínez MÁQUINAS HIDRAULICAS Características

Potencia

Rendimiento Si el grado de reacción σ= 0 se denomina TURBINA DE ACCIÓN Si el grado de reacción σ > 0 se denomina TURBINA DE REACCIÓN Turbinas Radiales La trayectoria del fluido en su acción se mantiene aproximadamente en un plano normal al eje de la turbina Turbinas Axiales Turbinas de flujo mixto o diagonal La trayectoria de la partícula de fluido es paralelo al eje de rotación. Ejmplo: Turbina Kaplan El fluido recorre trayectorias sobre el receptor y pueden pasar de dirección radial a la dirección axial, son líneas de doble curvatura La altura de salto critico H representa la energía cedida por unidad de peso en un fluido en movimiento. POTENCIA DISPONIBLE NOMINAL Es la potencia correspondiente a un caudal de descarga Q bajo una altura de salto nominal POTENCIA EFECTIVA MÁXIMA Es la máxima potencia útil que puede entregar la turbina, en función a la máxima capacidad del generador. Es el cociente entre la potencia utilizada y la potencia disponible Rendimiento Rendimiento Hidráulico Valores Característicos Es la altura de salto disponible para la cual la turbina proporciona la potencia efectiva máxima cuando el caudal de descarga es máxima. Salto Crítico Las turbinas se caracterizan por sus formas geométricas semejantes y por las magnitudes que caracterizan el funcionamiento de su turbina unidad, dichas magnitudes denominadas “Magnitudes especificas”. Velocidad Especifica

ns: Representa el numero de rotaciones por minuto. Diámetro Especifico

Ds: Es el diámetro medio del borde de entrada del receptor de la turbina Forma de los Rotores en función de la velocidad especifica Dimensión de la turbina en función de la velocidad especifica Variación de la razón entre la potencia nominal y la potencia efectiva en función de la altura nominal, para la turbina Francis Relación de velocidades y alturas de salto para las diferentes turbinas Luis Rivas TURBINA FRANCIS Concepto
Funcionamiento
Clasificación
Componentes
Características
Aplicación
Curva de Eficiencia Una turbina es una máquina motriz que consiste de una parte giratoria llamada rodete, que se impulsa por un fluido en movimiento. Dependiendo de la naturaleza de este fluido, las turbinas se pueden dividir en: hidráulicas, a vapor y a gas. CONCEPTO DE TURBINA Es en la actualidad, la turbina hidráulica típica de reacción de flujo radial. Lleva este nombre en honor al ingeniero James Bichano Francis (1815-1892), También conocidas como turbinas de sobrepresión, de admisión total, turbinas radial-axial o como turbinas de reacción. LA TURBINA FRANCIS PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO
DE UNA TURBINA FRANCIS La instalación de este tipo de turbinas se realiza generalmente en centrales en las que para la alimentación de agua se requiere de la existencia de un embalse

Otra particularidad de la instalación de estas turbinas, radica en que el conjunto: cámara espiral – distribuidor – rotor – tubo de aspiración, se encuentran a una cota inferior respecto a la cota del agua a su salida CLASIFICACIÓN DE LAS
TURBINAS FRANCIS Se clasifican, en función de la velocidad específica del rotor y de las características del salto Para saltos de gran altura, alrededor de 200 m o más Turbina Francis lenta: Turbina Francis normal: Turbina Francis rápidas
y extra-rápidas: Indicada en saltos de altura media, entre 200 y 20 m Apropiadas para saltos de pequeña altura, inferiores a 20 m COMPONENTES DE UNA TURBINA FRANCIS Cámara Espiral Distribuidor Palas directrices o
(Álabes directrices) Palas directrices o
(Álabes directrices) Servomotores Hidráulicos Anillo de Distribución Bielas Rotor Tubo de Aspiración Equipo de Sellado Cojinete Guía Cojinete de Empuje Características Su óptimo diseño hidráulico garantiza un alto rendimiento.
Su diseño reforzado da una vida útil de muchas décadas en servicio continuo.
Alta velocidad de giro permite pequeñas dimensiones.
La aplicación de modernos materiales reduce el mantenimiento de las piezas móviles al mínimo.
La turbina Francis es instalada en todo lugar donde se dé un flujo de agua relativamente constante y donde se exige un alto rendimiento.
Su eficiencia es aproximadamente de 8 % por encima de la turbina de Flujo Cruzado, pero tiene la desventaja de no poder operar con grandes variaciones del caudal de agua. RENDIMIENTO DE LA TURBINA FRANCIS CON RESPECTO AL CAUDAL Y LA POTENCIA Omar Dávila TURBINA PELTON Historia
Funcionamiento
Componentes
Cálculos Historia de la Turbina Pelton Lester Pelton

According to a 1939 article by W. F. Durand of Stanford University in Mechanical Engineering Lester Allan Pelton
(5 de septiembre de 1829 – 14 de marzo de 1908) -* 1870
-* Efficiency of 90.2% Fuente: Dr David Stern – Pelton Wheel Definición Se conocen como turbinas de presión por ser ésta constante en la zona del rodete, de chorro libre, de impulsión o de admisión parcial debido a que es sólo afectada por el agua una parte de la periferia del rodete. Así mismo entran en la clasificación de turbinas tangenciales y turbinas de acción. Su utilización es idónea en saltos de gran altura (alrededor de 200 m y mayores) y caudales relativamente pequeños (hasta 10 m3/s aproximadamente).

Está formada por una rueda móvil provista de aletas o cucharas en su periferia sobre las cuales incide el chorro de agua a la presión atmosférica Fuente: CETI – México Principio de funcionamiento La sucesiva transformación de la energía se efectúa del modo siguiente:

La energía potencial gravitatoria del agua embalsada o energía de presión hasta los orificios de las toberas, se convierte prácticamente sin pérdidas, en energía cinética al salir el agua a través de dichos orificios en forma de chorros libres a una velocidad que corresponde a toda la altura del salto útil.

Estando referida ésta, para el caso concreto de las turbinas Pelton, al centro de los chorros considerados. Partes de una Turbina Pelton Rodete de la Turbina Rueda Motriz
Cangilones, Alabes, Paletas o Cucharas Distribuidor Inyectores Está constituido por uno o varios equipos de inyección de agua. Cada uno de ellos esta formado por determinados elementos mecánicos, tiene como misión dirigir un chorro de agua uniforme sobre el rodete, así como también regular el caudal preciso que ha de fluir hacia dicho rodete, llegando a cortarlo totalmente cuando proceda. Es el elemento mecánico destinado a dirigir y regular el chorro de agua.

Tobera, Aguja y Deflector Cálculo de una Turbina Pelton Ecuaciones de Energía Potencia Normal Velocidad Absoluta , C1= 0.98 Dimensiones de las cucharas Diámetro del Rodete , U=0,46 . C1 Nro de Cucharas, t=2d Fuente: buenastareas.com Calculo de n (rpm) Cálculos de las Geometrías de la Turbina Diego Hernández Historia
Concepto
Componentes
Generalidades TURBINA KAPLAN (Muchas Gracias) Víctor Kaplan 27 de noviembre de 1876 - 23 de agosto de 1934 Fue un Ingeniero Austriaco reconocido por sus trabajos en las turbina de hélices dentro de la hidráulica En 1912 publicó su más brillante e importante trabajo:

Las Turbinas Kaplan, un tipo nuevo de turbinas de agua axiales con rotor en forma de hélice y un sistema propio de orientación que permitían obtener una gran cantidad de energía eléctrica en pequeños desniveles. Con el tiempo, el nuevo modelo se fue imponiendo, sobre todo en las pequeñas centrales eléctricas. wikipedia.com Turbinas Kaplan Son turbinas de agua de reacción de flujo axial, con un rodete que funciona de manera semejante a la hélice de un barco Es una turbina de hélice con álabes ajustables, de forma que la incidencia del agua en el borde de ataque del álabe pueda producirse en las condiciones de máxima acción. Son muy adecuadas en situaciones en las cuales hay una gran cantidad de descarga y una cabeza baja. Las aspas ajustables permiten una alta eficiencia. • altura de caída 7-60 Metros
• caudal 15-1.000 m³/s
• potencia 50-180.000 Kw • Altura de caída 7-60 Metros
• Caudal 15-1.000 m³/s
• Potencia 50-180.000 Kw Generalidades (Esto se hace para adaptar la turbina a diferentes niveles del caudal) Debido a su singular diseño, permiten desarrollar elevadas velocidades específicas, obteniéndose buenos rendimientos, incluso dentro de extensos límites de variación de caudal Normalmente se instalan con el eje en posición vertical, si bien se prestan para ser colocadas de forma horizontal o inclinada A igualdad de potencia, las turbinas Kaplan son menos voluminosas que las turbinas Francis Una de las características fundamentales de las turbinas Kaplan constituye el hecho que las palas del rotor están situadas a una cota más baja que la cota del distribuidor El único componente de las turbinas kaplan, que podría considerarse como distinto al de las turbinas Francis, es el rotor o rodete Prof. Ing. Cesar Sanabria
FACULTAD DE INGENIERIA UNA Vertical Horizontal Distribuidor Rodete Componentes Principales
(Turbina Kaplan) Los componentes principales de una turbina Kaplan son , como en la Francis, la cámara de alimentación o caracol, el distribuidor, el rodete móvil y servomotores. La cámara de alimentación suele ser de concreto en muchos casos, debido a la gran capacidad de gasto que admite la turbina Kaplan. El distribuidor se encarga de regular el flujo además de imprimir el ángulo necesario al agua hacia los álabes, El rotor de la turbina de forma de hélice, está constituido por un robusto cubo, cuyo diámetro es el orden del 40% al 50% del diámetro total al extremo de los álabes, en el cual van empotrados los álabes encargados de efectuar la transferencia de energía del agua al eje de la unidad Servomotor en cabeza. El servomotor está instalado en el extremo superior del eje, en la zona del alternador Servomotor en núcleo. Está alojado en el propio núcleo del rodete, realizan la interconexión entre el servomotor y los ejes de las palas del rodete Distribuidor
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