Simulación computacional y diseño de una turbina Kaplan

Abstract

RESUMEN: El objetivo principal de este TFG es, a partir de las características de un salto de agua existente en el cual haya instalada una turbina hidráulica tipo Kaplan, calcular las dimensiones y características de esta para así comprobar si la existente es correcta y se adecua a su salto de agua. Para ello se eligió la turbina ubicada en la presa de Selga de Ordas. Antes de empezar con esto propiamente dicho se presentan los distintos tipos de centrales hidráulicas que existen. Seguidamente se habla sobre las turbomáquinas, sus modos de funcionamiento, los tipos que hay y sus cálculos típicos, para después introducirse en los tipos de turbinas, más específicamente en como son, como funcionan y como discretizarlas, enfocando ya el TFG. Seguidamente, tomando como base el caudal y la altura del salto se realizan los cálculos de potencias, triángulos de velocidades, ángulos de los alabes, rendimientos, etc. Dejando así perfectamente definido el rodete de la turbina pudiendo ya realizar un prototipo para testearlo. Dado que esto es muy costoso y no se dispone de los medios necesario se realiza por ordenador. A la hora de comenzar la simulación computacional comienza la parte más tediosa del proyecto que consiste en, a través de la herramienta de diseño por ordenador Inventor, diseñar la turbina para después poderla importar al software ANSYS, donde se podrá simular el paso del fluido a través del rodete y obtener así los resultados de la simulación. Antes de acabar, se generará una turbina a escala, basándose en las leyes de semejanza y se estudiará de igual manera que la turbina principal, simulando así la realización de un prototipo de prueba. Para acabar se obtendrán una serie de conclusiones con los datos obtenidos, valorando veracidad del modelo, eficiencia y utilidad de este.

ABSTRACT: The main objective of this TFG is, using the characteristics of an existing water jump in which there is installed a Kaplan hydraulic turbine, calculate the dimensions and characteristics of it to check if the existing one is correct and adapt it to the water jump. To do this, the chosen turbine is located in Selga de Ordas, near León. Before starting with the sizing itself, the different types of hydraulic power plants that exist are presented. Then we talk about turbomachines, their operating modes, their types and their typical calculations, and then get into the types of turbines, more specifically on how they are, how they work and how to discretize them, already focusing the TFG. Then, based on the flow rate and height of the jump we performed the calculations of powers, speed triangles, angles of the blades, yields, etc. Thus, the turbine impeller prototype can be made to test it. Since this is very expensive and we do not have the necessary budget, it is done by computer. At the beginning of computational simulation, it begins the most tedious part of the project consisting of, through the Inventor computer design tool, designing the turbine so that it can be imported into the ANSYS software, where you can simulate the passage of the fluid through the impeller and thus obtain the results of the simulation. A scale turbine will later be generated, based on similarity laws and studied in the same way as the main turbine, thus simulating the completion of a test prototype. Finally, a series of conclusions will be drawn with the data obtained, assessing the veracity of the model, efficiency and usefulness of the model.