UNIVERSIDAD ALAS PERUANASINGENIERA MECNICA

Alumnos : Chaln Raico, Deysi Chvez Vsquez, Diego Chugnas Morales, Rubn Lima Arribasplata, Miguel Rudas Saucedo, Santos

ProfesoresTema

: Checasaca Pampa, Lzaro.: Eleccin de turbinas

Cajamarca, diciembre del 2011

ELECCIN DE TIPOS DE TURBINA

La generacin de energa elctrica es tal vez una de las principales fuentes de desarrollo y de mejoramiento de la calidad de vida del hombre actual. Por esta razn, la energa elctrica se ha convertido en uno de los servicios sociales de mayor demanda e importancia en nuestro medio, hacindose cada vez ms indispensable para la ejecucin de actividades de gran trascendencia.

Criterios de seleccin

El tipo, geometra y dimensiones de la turbina estn condicionados, fundamentalmente, por los siguientes criterios:

ALTURA DEL SALTO El salto bruto es la distancia vertical, medida entre los niveles de la lmina de agua en la toma y en el canal de descarga, en las turbinas de reaccin, o el eje de toberas en las de turbinas de accin. Conocido el salto bruto, para calcular el neto, basta deducir las prdidas de carga, a lo largo de su recorrido. Se especifica, para cada tipo de turbina, el rango de valores de salto neto dentro con la que puede trabajar. Obsrvese que hay evidentes solapamientos, de modo que para una determinada altura de salto pueden emplearse varios tipos de turbina.

Tipo de turbina rango de salto en metros

Kaplan o semi-kaplan vertical multiplicador paralelo

Semi-kaplan en sifn

Semi-kaplan inversa en sifn

Semi-kaplan inclinada en sifn

Kaplan en S

Caudal Lo que interesa es el rgimen de caudales preferiblemente representado por la curva de caudales clasificados obtenida de los datos procedentes de la estacin de aforos o de los estudios hidrolgicos, previos a la eleccin de la turbina. No todo el caudal representado en una CCC puede utilizarse para producir energa elctrica. En primer lugar hay que descartar el caudal ecolgico que tiene que transitar todo el ao por el cauce cortocircuitado. En segundo lugar, cada tipo de turbina solo puede trabajar con caudales comprendidos entre el nominal (para el que el rendimiento es mximo) y el mnimo tcnico por debajo del cual no es estable.

Un caudal y una altura de salto definen un punto en el plano que rene la, envolventes operacionales de cada tipo de turbina. Cualquier turbina dentro de cuya envolvente caiga dicho punto, podr ser utilizada en el aprovechamiento en cuestin. La eleccin final ser el resultado de un proceso iterativo, que balancee la produccin anual de energa, el costo de adquisicin y mantenimiento, y su fiabilidad.

Velocidad especfica La velocidad especfica constituye un excelente criterio de seleccin, ms preciso sin duda que el ms convencional y conocido de las envolventes operacionales que acabamos de mencionar.

Por ejemplo, si queremos generar energa elctrica en un aprovechamiento con un salto neto de 100 metros, utilizando una turbina de 800 kW directamente acoplada a un generador estndar de 1500 rpm, empezaremos por calcular la velocidad especfica,

De lo que se deduce que la nica eleccin posible es una turbina Francis. En los grandes aprovechamientos el sistema de control de caudal tiene dos funciones principales: Reducir la potencia de la turbina y as controlar la velocidad Conservar los recursos de agua donde estn disponibles

los rotores ms pequeos, utilizan menor cantidad de material, y giran ms rpido, requiriendo menor multiplicacin en la transmisin, reduciendo los costos. En la prctica, hay lmites en cuanto a cuan pequeo puede ser un rotor. Los costos de fabricacin aumentan cuando el rotor se hace muy chico.

Las turbinas de impulso o accin son usualmente ms baratas que las de reaccin, an en los casos donde sus rotores son ms grandes.

Otro lmite a tener en cuenta en la reduccin del tamao de los rotores es el fenmeno de la cavitacin que se explica en el apartado siguiente.

CavitacinCuando la presin ejercida sobre un lquido en movimiento, desciende por debajo de su presin de vaporizacin, ste se evapora formando gran nmero de pequeas burbujas, que terminan por estallar. La experiencia demuestra que el estallido de esas burbujas genera impulsos de presin muy elevados, que van acompaados de fuertes ruidos, estas producen una especie de corrosin difusa, formando picaduras en el metal. El coeficiente, llamado T = Thoma, se define por la ecuacin:

Hsuc es la altura de succin neta positiva y H la altura neta de salto.

En la que: Hatm es la altura en metros de la columna de agua equivalente a la presin atmosfrica del lugar donde est la central. Hvap es la presin del vapor de agua, en m de columna de agua, a su paso por la turbina hs es la altura de aspiracin, o distancia entre el eje del rodete en turbinas de eje horizontal, o de su plano de referencia en turbinas de eje vertical, y la lamina de agua en el canal de descarga. Vd es la velocidad media del agua al salir al canal de descarga Hl es la prdida de carga en el difusor.

Si despreciamos las prdidas de carga en el difusor y la altura correspondiente a la velocidad de salida Vd, el valor sigma crtico del aprovechamiento vendr definido por la ecuacin:

Para que no haya cavitacin, la turbina deber instalarse, como mnimo, a una altura hp sobre el nivel de agua en el canal de descarga dada por la ecuacin:

Velocidad de embalamientoCuando, trabajando a plena potencia hidrulica, desaparece sbitamente la carga exterior, bien sea por corte del interruptor o por fallo en la excitacin del alternador, la turbina aumenta su velocidad hasta alcanzar lo que se conoce como velocidad de embalamiento. Esa velocidad vara con el tipo de turbina, el ngulo de apertura del distribuidor y la altura de salto. En las turbinas Kaplan la velocidad de embalamiento puede llegar a ser 3,2 veces superior a la nominal. En las Francis, Pelton, Banki y Turgo, esa relacin vara entre 1,8 y 2. Hay que tener en cuenta que al aumentar la velocidad de embalamiento, se encarecen el multiplicador y el generador, que habrn de disearse para poder resistir las fuerzas de aceleracin centrfuga correspondientes.