Tubo de aspiración

Tubo de tiro instalado encima de la pista de cola

Un tubo de tiro es un tubo divergente instalado en la salida del rodete de una turbina y utilizado para utilizar la energía cinética disponible en el agua a la salida del rodete. ^[1]

Este tubo de aspiración al final de la turbina aumenta la presión del fluido que sale a expensas de su velocidad. Esto significa que la turbina puede reducir la presión en mayor medida sin temor a que se produzca un reflujo desde la pista de cola.

En una turbina de impulso la altura disponible es alta y no hay ningún efecto significativo sobre la eficiencia si la turbina se coloca un par de metros por encima de la pista de cola . Pero en el caso de las turbinas de reacción, si la altura neta es baja y si la turbina está instalada por encima de la pista de cola, puede haber una pérdida apreciable en la altura de presión disponible para alimentar la turbina. Además, si la presión del fluido en la pista de cola es mayor que a la salida de la turbina, un reflujo de líquido hacia la turbina puede provocar daños importantes.

Al colocar un tubo de aspiración (también llamado tubo o tubería difusora) en la salida de la turbina, la altura de presión de la turbina aumenta al disminuir la velocidad de salida, y se pueden mejorar tanto la eficiencia general como la salida de la turbina. El tubo de aspiración funciona convirtiendo parte de la energía cinética a la salida del rodete de la turbina en energía de presión útil. ^[2]

El uso de un tubo de tiro también tiene las ventajas de colocar la estructura de la turbina por encima de la pista de cola para que las inspecciones requeridas se puedan realizar más fácilmente y reducir la cantidad de excavación requerida para la construcción.

Eficiencia

Tubo de tiro cónico

Se define como la relación entre la conversión real de energía cinética en energía de presión en el tubo de aspiración y la energía cinética disponible en la entrada del tubo de aspiración.

ɳ = Diferencia de energía cinética entre las pérdidas de entrada y salida del tubo/Energía cinética en la entrada.

ɳdt = _: ${\displaystyle {\frac {(V_{2}^{2}-V_{3}^{2})-2gh_{d}}{V_{2}^{2}}}}$

V ₂ = Velocidad del fluido a la entrada del tubo de aspiración o a la salida de la turbina

V ₃ = Velocidad del fluido a la salida del tubo de aspiración

g= aceleración gravitacional

h _d = pérdidas de carga en el tubo de aspiración

Draft Tube permite que la turbina se coloque sobre la pista de cola y simultáneamente le permite operar con la misma eficiencia si estuviera colocada en la pista de cola. ^[2]

Tubo de tiro y cavitación.

tubo de tiro de codo simple

Tipo codo con sección transversal rectangular

La cavitación ocurre cuando la presión absoluta local cae por debajo de la presión de vapor saturado del agua para la temperatura del agua. ^[3] La altura del tubo de aspiración es un parámetro importante para evitar la cavitación. Aplicando la ecuación de Bernoulli entre la salida del canal y el punto de descarga del tubo de aspiración, ignorando cualquier pérdida de carga en el tubo de aspiración)

${\displaystyle z_{2}\,+\,{\frac {p_{2}}{\rho g}}\,+\,{\frac {V_{2}^{2}}{2\,g}}\,=\,z_{3}\,+\,{\frac {p_{3}}{\rho g}}\,+\,{\frac {V_{3}^{2}}{2\,g}},}$

z ₂ = z (Altura del tubo de tiro)

z ₃ = altura de la pista de cola a la que se hace referencia como línea de referencia (=0)

p ₂ = presión a la salida del corredor

p ₃ = presión manométrica

${\displaystyle {\frac {p_{2}}{\rho g}}\,=\,-\,\left[z\,+\,{\frac {V_{2}^{2}-V_{3}^{2}}{2\,g}}\right]\,}$

Dado que el tubo de aspiración es un difusor, V ₃ es siempre menor que V ₂ , lo que implica que p ₂ es siempre negativo, por lo que la altura del tubo de aspiración es un parámetro importante para evitar la cavitación. ^[1]

Tipos de tubo de tiro

1. Difusor cónico o tubo recto divergente: este tipo de tubo de aspiración consta de un difusor cónico con un medio ángulo generalmente inferior a 10° para evitar la separación del flujo. Generalmente se emplea para turbinas Francis de eje vertical y velocidad específica baja. La eficiencia de este tipo de tubo de tiro es del 90%.
2. Tubo de tiro tipo codo simple – Consiste en un tubo tipo codo extendido. Generalmente se utiliza cuando la turbina debe colocarse cerca de la pista de cola. Ayuda a reducir el costo de excavación y el diámetro de salida debe ser lo más grande posible para recuperar energía cinética en la salida del corredor. La eficiencia de este tipo de tubo de aspiración es inferior a casi el 60%.
3. Codo con sección transversal variable: es similar al tubo de tiro doblado, excepto que la parte doblada tiene una sección transversal variable con salida rectangular. La porción horizontal del tubo de tiro generalmente está inclinada hacia arriba para evitar la entrada de aire desde el extremo de salida. ^[2]

Referencias

1. "Maquinaria de fluidos". Archivado desde el original el 10 de mayo de 2013 . Consultado el 29 de mayo de 2013 .
2. Valan Arasu A, “Turbo Machines”, Editorial Vikas, Capítulo 9, páginas 402–403
3. Ingram Grant, Conceptos básicos de TurboMachinery, Capítulo 9, Artículo 9.4.3