Simulación numérica de turbinas Francis

1 Introducción

2 Simulación numérica de turbo máquinas hidráulicas

2.1 Estado del arte
2.2 Antecedentes de operación de turbinas Francis en condiciones desfavorables

3 Fuentes de error en la simulación de turbo máquinas

3.1 Fuentes de error en los cálculos numéricos
3.2 Errores de modelado en las turbo máquinas
3.2.1 Interacción rotor-estator
3.3 Errores numéricos en las turbo máquinas

4 Consideraciones generales sobre la simulación

4.1 El proceso de simulación     
4.1.1 Objetivos de la simulación
4.1.2 Evaluación de pérdidas
4.1.3 Subdivisión del dominio
4.1.4 Enmallado

4.2 Análisis del flujo
4.3 Procesos no estacionarios
4.4 Revisión del estado del arte en simulaciones no estacionarias en turbinas Francis

5 Generación de la geometría y proceso de mallado

5.1 Notación empleada en las simulaciones

5.2 Generación de la malla     
5.2.1 Mallado de la carcasa espiral     
5.2.2 Mallado de la corona de los álabes fijos y móviles
5.2.3 Mallado del rotor     
5.2.4 Mallado del tubo de descarga

6 Simulaciones estacionarias

6.1 Curva característica
6.2 Análisis de las pérdidas hidráulicas
6.3 Eficiencia

6.4 Metodología para las simulaciones estacionarias
6.4.1 Simulación tipo 1
6.4.2 Simulación tipo 2     
6.4.3 Comentarios adicionales
6.4.4 Etapa de proceso
6.4.5 Validación frente a medidas experimentales

6.5 Resultados de las simulaciones estacionarias de la turbina
6.5.1 Determinación de la curva característica de la turbina (Hill chart)
6.5.2 Pérdidas energéticas     
6.5.3 Comparación con experimentos 
  
6.6 Comentario final acerca de las simulaciones estacionarias

7 Simulaciones transitorias

7.1 Descripción de la interacción rotor-estator     
7.1.1 Frecuencias propias de la interacción rotor-estator

7.2 Dinámica vertical en el tubo de descarga     
7.2.1 Frecuencias propias del vórtice en el tubo de descarga

7.3 Metodología para las simulaciones no estacionarias
7.3.1 Consideraciones adicionales
   
7.4 Medidas experimentales    

7.5 Resultados de las simulaciones no estacionarias
7.5.1 Estudio de la interacción rotor-estator
7.5.2 Estudio de la dinámica vertical en el tubo de descarga de la turbina Francis
7.5.3 Dinámica vertical en el tubo de descarga

7.6 Comentario final acerca de las simulaciones transitorias

8 Simulación de los modos anormales de funcionamiento

8.1 Introducción

8.2 Ciclo de vida de una turbina Francis
8.2.1 Aspectos generales del ciclo de vida de una turbina

8.3 Modos de falla de una turbina hidráulica. 8.3.1 Erosión
8.3.2 Cavitación
8.3.3 Fugas
8.3.4 Fatiga

9 Resultados de los modos anormales de funcionamiento

9.1 Erosión     
9.1.1 Resultados obtenidos en el modo de erosión

9.2 Fugas hidráulicas     
9.2.1 Resultados obtenidos en el modo de fugas

9.3 Cavitación
9.3.1 Resultados obtenidos en el modo de cavitación

9.4 Fatiga     
9.4.1 Estimación de las cargas alternantes en el rodete
9.4.2 Resultados en el modo de fatiga para el rodete

9.5 Comentario final acerca de los modos anormales de operación

10 Conclusiones y perspectivas

11 Anexos

11.1 Metodología para la generación de la malla en el anillo de álabes fijos y móviles
11.2 Implementación de variables para el cálculo de la potencia y las pérdidas hidrodinámicas
11.3 Configuración para el cálculo en paralelo

Bibliografía