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investigaciones y ejercicios de instalaciones eléctricas para el conocimiento
Tipo: Ejercicios
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Objetivo
Analizar y comprender Generalidades de diseño de instalaciones hidráulicas en vasos y represas para el con prendimiento del estudiante para la realización de expresar sus puntos de vista en la clase.
5.1 Generalidades de diseño de instalaciones hidráulicas en vasos y represas.
Capacidad de almacenamiento y de regulación de vasos y de tanques
La capacidad de un Vaso o de un Tanque debe determinarse
Principalmente en función del uso que se le quiera asignar al mismo, a
Saber:
Uso de los Vasos
Uso de los Tanques
En los vasos deberán tomarse muy en cuenta los volúmenes de evaporación, mismos que se determinarán con mediciones directas en la cuenca. También se tomará en consideración el concepto de que el volumen que entra menos el volumen que sale, deja un volumen almacenado o regulado, en términos generales.
V alm. = V ent-V sal
Cuando se esté diseñando una laguna de regulación, esta capacidad podría ser mayor, si se cuenta con mayores superficies planas y bordos de entre 1.5 y 3.0 m de altura, siempre y cuando se trate de captar aguas de drenaje combinadas
altura. 0.05h para presas de concreto de 30 a 80 m de altura, y 0.10h + 2 para presas de materiales sueltos de 20 a 40 m de altura.
4.00 m para presas de concreto de más de 80 m, y 10.00 m para presas de materiales sueltos de más de 40 m de altura. En su caso, el necesario para el camino y acotamientos (Véase las Normas correspondientes).
Para el caso de las presas de tierra, se le debe dar una contra flecha longitudinal a la corona igual al valor obtenido del análisis de asentamientos de las diversas capas con los diferentes materiales. Cuando la cimentación es relativamente incompresible y no se dispone de mayor información, la contra flecha será igual al 1% de la altura de la cortina.
Para presas de materiales graduados, a la corona se le dará un bombeo transversal mínimo de 8 cm para tener un buen drenaje superficial.
Capacidad y funcionamiento de vaso. La altura total de una presa medida en el plano vertical del eje de la misma, es la distancia desde su corona hasta su cimentación excluyendo la pantalla y el tapete de inyecciones. La altura de la presa está totalmente ligada a la capacidad del embalse.
La capacidad del embalse deberá ser la necesaria para cumplir con las limitantes especificadas por la Comisión Nacional del Agua en relación con el funcionamiento de vaso.
Canal o tajo de desvío
El perfil de la plantilla del canal quedará definido por la elevación obligada de la plantilla al final de la descarga, misma que coincidirá con la elevación del cauce; la pendiente de la plantilla será definida por el ingeniero proyectista según los siguientes requisitos:
Se deberá revisar el correcto funcionamiento hidráulico del canal para los diferentes gastos que podrá manejar y en especial para el gasto de diseño. Se define como sección de control a la salida del canal, en dicho punto se presentará el tirante crítico
Conducto de desvío • En ningún caso se permitirá que el nivel del agua sobrepase la corona de la ataguía de aguas arriba para el gasto de diseño. • Para el caso de las presas de mampostería y de concreto, se acepta que el desvío de los escurrimientos del río se haga de la siguiente manera: • · Canal o tajo con ataguía aguas arriba y aguas abajo.
Por medio de desagües de fondo colocados a través del cuerpo de la cortina. • Permitiendo que el agua pase sobre uno o varios de los monolitos en construcción que se encuentren a niveles convenientes. • Solución combinada entre desagües de fondo y parte superior de la cortina en su estado de avance.
Para definir la sección más adecuada de los desagües de fondo y el posible aprovechamiento de los monolitos en construcción, se deberá presentar un estudio del tránsito de la avenida de diseño (véase 2.1.5) en conjunto con los rendimientos de construcción.
La ubicación de los túneles será función de la calidad de la roca en las laderas de la boquilla, del tipo de cortina, y del gasto máximo de la avenida de diseño. Se tendrá cuidado de rodear totalmente la zona que ocuparán la cortina y las ataguías. Para el trazo en planta se deberá buscar la menor longitud posible con eje recto.
El conducto auxiliar deberá construirse durante el período de la primera etapa de la cortina y deberá ser capaz de conducir los gastos del río durante el estiaje. Para presas de materiales pétreos, en ningún caso se debe permitir que el nivel del agua embalsada rebase la cota de avance de la construcción de la cortina. • Deberá obtenerse la curva de elevaciones contra gastos del conducto auxiliar según la sección 2.1.3 para transitar o simular hidráulicamente la avenida propuesta para el cierre. • Las dimensiones definitivas del conducto auxiliar serán aquellas para las cuales se asegure que en todo momento se dispondrá de un bordo libre adecuado.
5.2 Turbinas hidráulicas, clasificación, capacidades y características generales.
¿Qué es una Turbina Hidráulica?
Una turbina hidráulica es una máquina que transforma la energía de un fluido (energía cinética y potencial), normalmente agua, en energía mecánica de rotación. La energía del agua puede ser por la caída en un salto de agua o por la propia corriente de agua.
Normalmente esta energía de rotación se utiliza para transformarla en energía eléctrica, mediante el acoplamiento de la turbina a un generador en las centrales hidráulicas. La caída del agua y/o el paso del agua por ella hace girar la turbina y el eje de la turbina, que está acoplado al generador, hace que este último gire produciendo energía eléctrica. Las turbinas hidráulicas tienen un rendimiento muy alto que incluso puede llegar al 90%
Turbinas Tangenciales: Cuando el fluido golpea el rotor en la periferia. Turbinas hidráulicas de acuerdo a su reactividad Esta puede que sea la clasificación más importante de las turbinas hidráulicas, son dos modelos: De acción y de reacción
De acción: En este caso el fluido mueve la turbina golpeando directamente las paletas del rotor. En este caso particular es necesario que haya una caída alta del fluido para que golpee fuertemente. De reacción: Aquí el fluido va a mover el rodete, no por golpe, sino por reacción provocada por la salida del agua sobre el rotor. Es necesario que exista un caudal grande de fluido para que pueda empujar el agua a las tuberías, salga con mucha presión y mueva el rotor con fuerza. En este caso, la altura no importa tanto, pues no se van a golpear los alabes directamente. Lo importante es que haya suficiente caudal de agua.
Modelos de turbinas hidráulicas Las turbinas hidráulicas se presentan en diferentes modelos que integran las características mencionadas anteriormente. Cada tipo de turbina se usa de acuerdo a la necesidad y a la forma en que se presente el fluido.
Las turbinas Pelton
Se conocen como turbinas de presión por ser esta constante en la zona del rodete, de chorro libre, de impulsión, o de admisión parcial por ser atacada por el agua sólo 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). Pueden ser instaladas con el eje en posición vertical u horizontal, siendo esta última disposición la más adecuada, la cual servirá de referencia para hacer las descripciones necesarias.
CARACTERISTICAS:
Eje vertical y horizontal. Número de inyectores 1 a 4. Conjunto formado por válvula de entrada, turbina y generador asíncrono. El rodete o rueda PELTON esta constituido por un disco de acero con álabes, como ya se ha dicho, de doble cuchara ubicada en la periferia de la rueda. Estos álabes puedes estar fundidos con la misma rueda o unidos individualmente por medio de bulones o pernos. Rodete en cobre-aluminio o inox. Inyectores en inox. El Número de álabes suele ser de 17 a 26 por rueda, todo esto dependiendo de la velocidad específica; Cuando se necesita una velocidad alta el número de álabes es pequeño debido a que a mayor velocidad específica, mayor caudal lo que exige álabes más grandes y con esto caben menos en cada rueda
COMPONENTES: En la imagen siguiente se observan los componentes de una turbina Pelton de eje horizontal, con dos equipos de inyección. A continuación, se realiza una amplia descripción de cada uno de ellos.
h) Sistema hidráulico de frenado de una turbina Pelton: Consiste en un circuito de agua derivado de la cámara de distribución. El agua, proyectada a gran velocidad sobre la zona convexa de los cangilones, favorece el rápido frenado del rodete, cuando las circunstancias lo exigen.
i) Eje de una turbina Pelton: Rígidamente unido al rodete, y situado adecuadamente sobre cojinetes debidamente lubricados, transmite el movimiento de rotación al eje del alternador
TURBINAS FRANCIS.
Son conocidas como turbinas de sobrepresión por ser variable la presión en las zonas del rodete, o de admisión total ya que éste se encuentra sometido a la influencia directa del agua en toda su periferia. También se conocen como turbinas radiales-axiales y turbinas de reacción. Las turbinas Francis, son de rendimiento óptimo, pero solamente entre unos determinados márgenes (para 60 % y 100 % del caudal máximo), siendo una de las razones por la que se disponen varias unidades en cada central, al objeto de que ninguna trabaje, individualmente, por debajo de valores del 60 % de la carga total
Están formadas por una espiral que va a alimentar al rodete. Se utilizan para caídas medianas. Tienen un distribuidor que orienta el agua hacia el rodete. Asemejan una bomba centrífuga. El agua no está a la presión atmosférica. Descargan a contra presión. Generalmente están provistas de una válvula mariposa como medida de prevención.
a) Cámara espiral de una turbina Francis: Está constituida por la unión sucesiva de una serie de virolas tronco-cónicas, cuyos ejes respectivos forman una espiral. Desde el acoplamiento con la tubería forzada, donde el diámetro interior de la virola correspondiente alcanza su valor máximo, la sección interior, circular en la mayoría de los casos, va decreciendo paulatinamente hasta la virola que realiza el cierre de la cámara sobre sí misma, cuyo diámetro interior se reduce considerablemente. Esta disposición se conoce como el caracol de la turbina, en el que, debido a su diseño, se consigue que el agua circule con velocidad aparentemente constante y sin formar torbellinos, evitándose pérdidas de carga. En la zona periférica interna y concéntrica con el eje de la turbina se encuentra una abertura circular formando un anillo, cuyos extremos están enlazados paralelamente al eje de la turbina por una sucesión de palas fijas equidistantes una de otra, a través del cual fluirá el agua, esta zona es denominada pre distribuidor de la turbina.
b) Distribuidor de una turbina Francis: El distribuidor está formado por un determinado número de palas móviles, cuyo conjunto constituye un anillo que está situado concéntricamente entre el pre-distribuidor y la turbina. Su función es la de distribuir y regular, eventualmente cortar totalmente, el caudal de agua que fluye hacia el rotor. Palas directrices álabes directrices : son las palas móviles, cada una de ellas al unísono con las demás pueden orientarse dentro de ciertos límites, al girar su eje pasando de la posición de cierre total a la de máxima apertura. Equipo
