SEMANA 7

• 4. Aprovechamiento hidráulico.

– Caudal disponible. Regulación hidrológica.

– Salto disponible. Obras de captación.

– Potencia instalada. Potencia disponible

– Accesorios. Pérdidas de carga.

– Golpe de ariete en las usinas hidroeléctricas.

– Ensayos de las turbinas hidráulicas.

DETERMINACION DE SALTO DISPONIBLE EN

HIDROELECTRICAS

INSTALACION TIPICADE TURBINAS PELTON

DETERMINACION DEL DOMINIO DE LA TURBINA

• Se considera como:

– entrada al dominio de la turbina (1) el punto situado en launión del trecho curvo que conecta la tobera o eyectorcon la tubería de presión

– la salida del dominio (2) se admite que es el punto delalabe perpendicular al chorro en la misma dirección queel chorro

2

1 11 1

2 2

2t

t

p vh h

g

h h

La altura total a la entrada del dominio de la turbina será

La altura total a la salida del dominio de la turbina será

atm

atm

H

H

( : altura de presion atmosferica)

1 2

2

1 11 2

2

1 11 2

2

2

n t t

n atm

n atm

H h h

p vH h h H

g

p vH h h H

g

• Si a la entrada del dominio se instala un manómetrodiferencial, entonces se tiene

1 1 1 2 2

1 1

21 1

1 1 22

;

g

atm

g

n

h z a h z

p pH

p vH z a z

g

21 1

12

g

n

p vH a

g

Si la entrada y salida del dominio se encuentran a la misma cota

• Si la instalación cuenta con dos inyectores, se determinamediante una relación ponderada

2

1, 11 1 2

, 2 22

2

g

n

I I II II

I II I II

p vH z a z

g

Q z Q zz

Q Q Q Q

donde

QI y QII representan los caudales en cada eyector

INSTALACION TIPICA DETURBINAS KAPLAN

DETERMINACION DEL DOMINIO DE LA TURBINA

• Se considera como:

• entrada al dominio de la turbina (1) el punto medio de lasección de entrada a la caja espiral o caracol de la turbina

• la salida del dominio (2) se admite que es el punto mediode la sección de salida de la tubería de succión o aspiración

• Admitiendo que la velocidad es nula en la superficie libre dela captación y que no existen perdidas de cargas apreciablesentre la superficie libre de la captación y la entrada aldominio de la turbina (1), tendremos

2

1 11 1

2c t

c

p vh h h

g

h

donde es la altura topografica o

cota de la superficie de captacion

• De manera análoga se supone que entre la salida deldominio de la turbina (2) y el canal de fuga no existenperdidas apreciables, de modo que el nivel energético es elmismo en ambos puntos.

22

2 22 2

2 2

aa t

a

a

vp vh h h

g g

h

v

donde

es la altura topográfica del canal de fuga

es la velocidad del canal de fuga

2

1 2

2

2

2

an t t c a

g c a

an g

vH h h h h

g

H h h

vH H

g

Por tanto

siendo

resulta

INSTALACION TIPICA DETURBINAS FRANCIS

DETERMINACION DEL DOMINIO DE LA TURBINA

• Se considera como:

• entrada al dominio de la turbina (1) el punto medio de lasección de entrada a la caja espiral o caracol de la turbina

• la salida del dominio (2) se admite que es el punto mediode la sección de salida de la tubería de succión o aspiración

• Normalmente en las instalaciones de turbinas Francis, elacceso del agua al dominio de la turbina se realiza a travésde tuberías, comúnmente denominada tubería de aduccióno conducto forzado

• A fin de medir la presión manométrica a la entrada deldominio de la turbina (1) se instalan equipos de mediciónde presión

• La presión manométrica en el punto medio de la aduccióndebe ser corregida teniendo en cuenta la diferencia dealtura de los equipos

• Así a la entrada del dominio se tiene

21 1

1 1 12

g

t

p vh h a

g

a1 corrección de altura del equipo de medición de presión

p1g presión manométrica en la entrada al dominio de laturbina

22

2 22 2

2 2

at a

vp vh h h

g g

• Entre la salida del dominio de la turbina (2) y el canal defuga no existen perdidas apreciables, lo cual se logra con undiseño adecuado de la tubería de succión, de modo que elnivel energético puede ser considerado iguales en ambospuntos

1 2

221 1

1 1

2 21 1

1 1

2 2

2

n t t

g an a

g an a

H h h

p vvH h a h

g g

p v vH h h a

g

TURBINA FRANCISEJE HORIZONTAL Y CAJA ESPIRAL

DETERMINACION DEL DOMINIO DE LA TURBINA

• Se considera como:

• entrada al dominio de la turbina (1) el punto medio de lasección de entrada a la caja espiral o caracol de la turbina

• la salida del dominio (2) se admite que es el punto mediode la sección de salida de la tubería de succión o aspiración

• Así a la entrada del dominio se tiene

21 1

1 1 12

g

t

p vh h a

g

a1 corrección de altura del equipo de medición de presión

p1g presión manométrica en la entrada al dominio de laturbina

22

2 22 2

2 2

at a

vp vh h h

g g

• Con un diseño adecuado de la tubería de succión, sepuede lograr que el nivel energético entre la salida deldominio de la turbina (2) y el canal de fuga seanconsiderados iguales, esto presupone que no existenperdidas apreciables entre ambos puntos.

• Por tanto tenemos

1 2

221 1

1 1

2 21 1

1 1

2 2

2

n t t

g an a

g an a

H h h

p vvH h a h

g g

p v vH h h a

g

TURBINA FRANCISCON TUBERIA DE SUCCION RECTA

DETERMINACION DEL DOMINIO DE LA TURBINA

• Se considera como:

• entrada al dominio de la turbina (1) el punto medio de lasección de entrada a la caja espiral o caracol de la turbina

• la salida del dominio (2) se admite que es el punto mediode la sección de salida de la tubería de succión o aspiración

• En instalaciones de este tipo se dimensiona de la tubería desucción de forma que la velocidad con la que el aguaabandona la tubería de succión sea casi nula en la cámara desalida

• Por tanto no contribuye en nada en la velocidad del flujo enel canal de fuga

• En estas condiciones a la entrada del dominio de laturbina se tiene

21 1

1 1 12

g

t

p vh h a

g

a1 corrección de altura del equipo de medición de presión

p1g presión manométrica en la entrada al dominio de laturbina

2

22 2

2

at a

vph h h

g

• A la salida del dominio de la turbina (2) y el canal de fuga,gracias al proceso constructivo, se tiene

1 2

221 1

1 1

2 21 1

1 1

2 2

2

n t t

g an a

g an a

H h h

p vvH h a h

g g

p v vH h h a

g

TURBINA FRANCISSUMERGIDA DE EJE VERTICAL

DETERMINACION DEL DOMINIO DE LA TURBINA

• Se considera como:

• entrada al dominio de la turbina (1) el punto medio de lasección de salida del distribuidor

• la salida del dominio (2) se admite que es el punto mediode la sección de salida de la tubería de succión o aspiración

FACULTAD DE INGENIERIA UNA

- Prof. Ing. Cesar Sanabria

• Existe dificultad para determinar el valor de la velocidad v1de entrada al dominio de la turbina

• Llevando en consideración que no existen pérdidas de cargaapreciables entre la superficie libre de captación y la salidadel distribuidor, se toma como entrada convencional a laturbina la superficie libre de captación

• Por tanto

2

1 11 1

2t c

p vh h h

g

• Las perdidas existentes entre al salida de la tubería se succióny la superficie de libre del canal de fuga son muy pequeñas, sepuede considerar la condiciones del flujo en este punto comolas de salida del dominio de la turbina

• Por tanto es valido suponer que el nivel energético es elmismo en ambos puntos

22

2 22 2

2 2

at a

vp vh h h

g g

2

1 2

2

2

2

an t t c a

g c a

an g

vH h h h h

g

H h h

vH H

g

Por tanto

siendo

resulta