1. Simulación numérica de un prototipo de turbina Kaplan
- Author
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Universitat Politècnica de Catalunya. Departament de Mecànica de Fluids, Valentín Ruiz, David, Muñoz Bolaño, Albert, Universitat Politècnica de Catalunya. Departament de Mecànica de Fluids, Valentín Ruiz, David, and Muñoz Bolaño, Albert
- Abstract
Con el incremento de presencia de energías renovables en la red eléctrica, mayormente solar y eólica, surge la necesidad de dotar a la red de mayor flexibilidad y estabilidad. Es aquí donde las centrales hidroeléctricas son de gran utilidad, especialmente aquellas con turbinas Kaplan, ya que permiten estar regulando la potencia entregada continuamente con relativa facilidad ajustando sus directrices y álabes. Sin embargo, que las turbinas operen ofreciendo este servicio implica una mayor fatiga y desgaste en los elementos móviles del conjunto. En este proyecto se realiza un estudio sobre la magnitud de las pulsaciones de presión y las tensiones que éstas generan en los álabes del rodete de una turbina Kaplan real de 35 MW de potencia en diferentes puntos de funcionamiento. La turbina trabaja con un salto bruto medio de 12 m y cuenta con 12 directrices fijas y 24 directrices móviles. Para ello, primeramente, se realizan simulaciones CFD mediante ANSYS CFX, cuyos resultados, después de ser correlacionados con datos experimentales, se importarán a ANSYS Mechanical para realizar un análisis estructural. La selección de los casos a simular (un total de 3 casos) se realiza a partir de los datos experimentales de la turbomáquina. Se escogen 3 puntos de operación que se encuentren sobre la curva de funcionamiento de la máquina (curva “on-cam”). El primer caso corresponde a una apertura de los álabes directrices y rodete del 100%, correspondiente al de máxima potencia, y a partir de este punto, se crean 2 casos más con diferentes grados de cierre. Finalmente, se obtienen resultados dentro de lo esperado respecto a pulsaciones de presión en turbinas Kaplan. En las simulaciones CFD se observa como la magnitud de las fluctuaciones sobre el rodete son pequeñas, haciendo que en los análisis estructurales la amplitud de la fluctuación de las tensiones máximas sea de alrededor de un 6%.
- Published
- 2024