calculo de eficiencia hidraulica en turbinas francis

Aspectos hidráulicos.doc 1/7

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


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


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


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


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


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 ⋅⋅=

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