Golpe de ariete y sobrevelocidad. 23ª Parte

Salto neto y perdidas de carga. 22ª Parte

Continuará .........................................

Cálculo turbina FRANCIS. 21ª Parte

Posición de la turbina con relación a "aguas abajo". En el gráfico está representadas varias disposiciones para un valor de Hs (+).






Solo nos faltaria definir la "sumergencia" de la turbina, para ello emplearemos la fórmula:



Hs (sumergencia) = 10.33 - (altitud/900) -0.2 -(sigma x Hn)

El valor de "sigma" lo obtendremos de la gráfica, entrando por Ns, es decir para un Ns= 194 obtendremos un valor de "sigma" = 0.12 y aplicando a la fórmula:

Hs = 10.33 -(500/900) - 0.2 - (0.12 x 65) = 10.33 - 0.55 - 0.2 -7.8 = 1.75 m.

Es decir, el rodete podría estar "como máximo" a 1.75 m del nivel de "aguas abajo".

Continuará .................................

Calculo de una turbina FRANCIS. 20ª Parte

Hemos supuesto que el Hn no varia en el socaz. Luego Hn máx = 70 m., Hn = 65 m. y Hn mín. = 60 m. Ahora deberemos calcular las potencias en cada uno de los puntos:

Punto "A" : P = 9.81 x 65 x 3.00 x o,89 = 1.702 kW

Punto "B" : P = 9.81 x 70 x 3.18 x 0.88 = 1.921 kW

Punto "H" : P = 9.81 x 60 x 2.88 x 0.89 = 1.508 kW

Punto "E" : P = 9.81 x 65 x 0.72 x 0.70 = 321 kW

La potencia mínima la generaremos a Hn = 60 m.

P mínima = 9.81 x 60 x 0.72 x 0.7 = 300 kW

Se presenta una encrucijada: adquirir un alternador para 1.702 kW (nominal) o de 1.921 kw, para alcanzar dicha potencia hemos de tomar un Caudal superior a 3 m/s. Hay legislaciones que no permiten tomar más del nominal, otras permiten + 5% e incluso +10%.

En el supuesto de +10%, nuestra turbina (no el equipamiento) podrá generar entre 1.921 kW y 300 kW.

Continuara ....................................

Calculo real Francis. Parte 19ª

Para el ejercicio haz "click" sobre la gráfica, con botón izquierdo del mouse y la imagen volverá a su tamaño real y la podras ampliar a A-4

Esto es una "curva de colina" REAL DE LABORATORIO, para Ns entre 178/214, forzaremos los datos de H, Q y n para poder usarla.

Antes de realizar ningún cálculo vamos a definir nuestra turbina:

Hn = 65 m

Q = 3 m³/s

n = 750 r/m

Altitud = 500 m.

Debemos saber interpretar la "curva de colina" para convertirla en una "curva industrial".

El eje "X" (percent discarge" = % Q, es decir, 100 = 3 m³/s

El eje "Y" (percent desing head" = % H, es decir, 100 = 65 m.

En nuestro caso sería el punto de diseño sería el "A", este punto tenemos definido un Rto = 89%

La zona remarcada en rojo, es la zona donde los resultados de la "curva de colina", son confiables, ir mas allá de este limite no hay "garantia."

Nuestro caz nos permite una variación del Hn desde 70/60 m. Son la lineas horizontales 70-B y 60-H

La zona en verde es la zona de trabajo de nuestra turbina.

Es evidente que no podemos egresar la linea G-C (FULL GATE). ya que es un límite mecánico del distribuidor.

Ahora verificaremos que el ejemplo cumple con la "curva de colina", esto lo haremos mediante el cálculo de Ns:

Pot = 9.81 x 65 x 3 x 0.89 = 1.702 kW = 2.315 C.V.

Ns = 750 x (2.315)^0.5 /(65)^5/4 = 36.085 / 184 = 194, evidentemente se corresponde a la "curva de colina"

Dos puntos a resaltar "g" depende de la altitud y el Rto turbina es para un modelo de ensayo de Ø 360 mm., deberíamos realizar la corrección del mismo en función del Ø real del prototipo.

Cálculamos el Ø de la turbina:

Øt = 0.021 x (Ns)^0.666 = 0.021 x (194)^0.666 = 0.705 m = 705 mm.

Continuará ........................................

Aspirador. 18ª Parte

El aspirador o ducto de descarga al socaz tiene una importancia vital en las turbinas Francis y Kaplan ( mayor importancia a mayor Ns).

Hay turbinas Kaplan que llegan a recuperar el 45% de la potencia en el aspirador.

La forma y dimensiones se pueden encontrar en multitud de tratados de hidráulica; la dificultad estriba en fabricarlos sin escalones, cambios bruscos de sección, es decir, han de presentar secciones coherentes para que el agua fluya de velocidad máxima a mínima progresivamente, sin escalones.

El aspirador clásico es el cónico con un ángulo de 6/8º, este aspirador tiene un límite, la profundidad de excavación. Por esta razón se diseñó el aspirador acodado. No es más que un aspirador cónico con una restricción a 90º para evitar las turbulencias y el despegue del flujo de las paredes. Estos aspiradores suelen tener una longitud entre 4,5/5,0 veces el diámetro de salida de la turbina.

La velocidad de salida estrá comprendida entre 1.0/2.5 m/s

En turbinas Pelton no aplica ya que son turbinas atmosféricas, pero en ellas debe cuidarse el sistema de "destrucción de energia residual" para no deteriorar el socaz.

También se debe dimensionar bien la altura entre el rodete y "aguas abajo" para no crear rebotes de caudal que afecten a la marcha del rodete, generalmente se situa a 1,0/1,5 diámetros.

Continuará ..................................

Gear-box o caja multiplicadora. 17ª parte

Hasta los años 1.950/60 este elemento era casi desconocido, en su lugar se usaban poleas y correas que permitían elevar la velocidad "baja" de la turbina a velocidades algo "mayores" para así obtener velocidades sincronas en el alternador (abaratando su coste).

Este sistema funcionaba bien, simpre y cuando el torque o par a transmitir fuese bajo, a medida que el torque aumentaba la correa de cuero empezaba deslizar sobre la polea.

Frente a este problema se creó una solución: La correa sintética. Esta permitía transmitir un torque muy superior sin deslizar, alcanzando incluso los 1.000 kw de potencia.

La crisis energética de 1.970/80, llevó a plantearse los aprovechamientos hidráulicos de baja cabeza (entre 2 y 6 metros) con grandes aportaciones de caudal.

Esta nueva situación creó un nuevo problema, un aumento enorme del torque a transmitir, es decir potencias altas del orden de 4 y 5 MW a velocidades inferiores a 100 r/m, lo que implicaba alternadores enormes (de diámetro de 6 metros) de un coste tal que no hacían factible la inversión.

La solución al problema fue el gear-box o caja multiplicadora.

Ventajas:

• No desliza, es un sistema mecánico geometricamente rígido.
• Permite aumentar la velocidad entre 8/10 escalones.
• Disminuye el coste del alternador.
• Posibilita inversiones en baja cabeza y gran caudal.

Desventajas:

• Al no deslizar exige de un sistema electrónico muy perfecto para la conexión a la RED. Por su naturaleza mecánica no puede deslizar como los generadores.
• No se pueden superar los 5.000 kw, ni índices de velocidad superiores a 8/10
• Hay perdidas de rendimiento entre un 5% y 10%
• Si el gear-box no esta fabricado en alta calidad de materiales, tratamientos térmicos, rectificados, recubrimientos altos, etc. suele empezar siendo un "generador de ruidos" y acabar siendo un "generador de graves problemas".
• La multiplicadora necesita de una monitorización exhaustiva de todos sus parámetros: caudales, temperaturas, niveles, presiones, vibraciones, etc. normalmente suelen ser mas de 20 parámetros a controlar.
• Obliga a una mayor altura de la casa de máquinas.

Igual como hemos expuesto en los generadores, se debe realizar una muy buena y detallada especificación.

Continuará ............................