Análisis de sistemas termodinámicos Turbinas hidráulicas

Análisis de sistemas termodinámicos

Turbinas hidráulicas

Tabla de contenido

Tabla de contenido        2

TABLA DE ILUSTRACIONES        2

1        INTRODUCCION        3

1.1        ¿QUE ES UNA TURBINA?        3

2        OBJETIVOS        3

2.1.1        Objetivos generales        3

2.1.2        Objetivos específicos        3

3        JUSTIFICACION        4

3.1        TURBINA FRANCIS COMO SISTEMA TERMODINAMICO        5

4        Conclusión        8

5        Referencias        8

TABLA DE ILUSTRACIONES

ILUSTRACION 3. 1. Camara ESPIRAL (turbina Francis)        6

ILUSTRACION 3. 2. DISTRIBUIDOR        6

ILUSTRACION 3. 3 Rodete        7

1. INTRODUCCION

La termodinámica es la ciencia macroscópica que estudia las relaciones entre diferentes propiedades de equilibrio de un sistema. Donde el sistema es la base del estudio de esta ciencia y de la ingeniería, es de donde logramos rescatar datos y valores como la energía, el trabajo, las propiedades como volumen, masa, densidad. En el presente trabajo el sistema dispuesto a estudio, será una turbina que funciona con el caudal de un río y que es capaz de transformar y conservar la energía potencial del agua a energía eléctrica, considerando de esta forma a la turbina como un sistema abierto. Pero a qué llamaremos una turbina.

1. ¿QUE ES UNA TURBINA?

Las turbinas son máquinas hidráulicas que intercambian energía entre un fluido y su entorno. Capaz de convertir energía hidráulica (movimiento de fluidos) en energía mecánica y posteriormente en energía eléctrica; pueden ser motrices (turbinas), o generatrices (bombas).

 En una máquina hidráulica, el agua intercambia energía con un dispositivo mecánico de revolución que gira alrededor de su eje de simetría; este mecanismo lleva una o varias ruedas, (rodetes o rotores), provistas de álabes, de forma que entre ellos existen unos espacios libres o canales, por los que circula el agua. Los métodos utilizados para su estudio son, el analítico, el experimental y el análisis dimensional.

1. OBJETIVOS

El objetivo principal es realizar un estudio del funcionamiento de una turbina hidráulica, teniendo en cuenta sus características generales y diseños típicos.

1. Objetivos generales

• Comprender el funcionamiento termodinámico de turbinas hidráulicas  

1. Objetivos específicos

• Análisis de turbinas hidráulicas como sistemas termodinámicos.
• Análisis energético y/o explicación de las turbinas hidráulicas como sistema termodinámico

1. JUSTIFICACION

Las turbinas hidráulicas se utilizan en centrales hidroeléctricas para la generación de energía eléctrica, la energía hidráulica se obtiene de la energía potencial gravitatoria del agua. Al dejar caer el agua desde cierta altura adquiere velocidad. Es decir, la energía potencial se convierte en energía cinética(energía de movimiento , en este caso flujo).La energía obtenida se puede aprovechar directamente para hacer girar el eje de una turbina hidráulica para obtener un trabajo mecánico. (Planas, Energia Hidraulica , 2020)

Para en este caso el sistema elegido es la  turbina Francis es una turbina hidráulica utilizada en instalaciones de energía hidráulica con una altura de caída considerable (gran caudal).

La turbina Francis es un tipo de turbina hidráulica  construida por el ingeniero británico-estadounidense James Bicheno Francis. La función de la turbina Francis es, principalmente, generar electricidad con la ayuda de un generador. Las turbinas Francis tienen un alto grado de utilización de la capacidad de más del 90% y una amplia gama de actividades en comparación con la altura (caída constructiva) del fluido que fluye a través de la turbina. Esto se enfatiza particularmente en el agua donde logra un rendimiento óptimo en una caída constructiva de 20 metros hasta 700 metros y la potencia de salida varía de un par de kilovatios a 750 MW. El diámetro del rotor puede ser de 1 a 10 m y la velocidad de rotación es de 83 a 1000 rpm. (Planas, Turbina Francis, 2020)

Las turbinas Francis corresponde a las turbinas de reacción, son aquellas en el que el fluido sufre un cambio de presión considerable en su paso por el rodete. El fluido entra en el rodete con una presión superior a la atmosférica y a la salida de este presenta una depresión. Se caracterizan por presentar una tubería de aspiración, la cual une la salida del rodete con la zona de descarga de fluido.

1. TURBINA FRANCIS COMO SISTEMA TERMODINAMICO

Las turbinas son máquinas que desarrollan par y potencia en el eje como resultado de la variación de la cantidad de movimiento del fluido que pasa a través de ellas. Por lo tanto, es un sistema termodinámico abierto y se rige por las leyes de la termodinámica, específicamente la primera ley de la termodinámica, dado que al dejar caer el agua desde cierta altura adquiere velocidad o sea toda esa energía potencial gravitatoria del agua, se transforma en energía cinética (energía de movimiento). La energía obtenida se puede aprovechar directamente para hacer girar el eje de una turbina hidráulica para obtener un trabajo mecánico. (Audiovisual, 2020)

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