modelacion de turbina francis con ansys

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DEL PERUFACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA

SECCIÓN INGENIERÍA CIVILFUNDAMENTOS DE HIDRAULICA COMPUTACIONAL

FUNDAMENTOS DE HIDRÁULICA COMPUTACIONAL

PRÁCTICA TIPO B Nº 5

ALUMNOS:

JOSE ALONSO VARGAS TORRES 20095737 CESAR DÍAZ DEL OLMO CAMPO 20112456

PROFESOR:

ORMEÑO VALERIANO, MIGUEL ANGEL

HORARIO:

H-1001

2015-2



1. OBJETIVOS

El objetivo de este laboratorio es elaborar el diseño de una turbina Francis y evaluar el comportamiento del flujo que pasa a través del mismo, en condiciones establecidas por nosotros. Se utilizó el software ANSYS CFX para el diseño, mallado, setup y evaluación de resultados.

2. MARCO TEÓRICO

ANSYS es un software multipropósito que involucra temas estructurales, de fluidos, químicos, etc. Posee una interfaz de fácil uso, sin problemas de compatibilidad al momento de utilizar programas CAD, SolidWorks, etc.

2.1. UNIDADES A DESARROLLAR

Turbina FRANCIS

La turbina Francis fue desarrollada por James B. Francis. Se trata de una turbomáquina motora a reacción y de flujo mixto.

Las turbinas Francis son turbinas hidráulicas que se pueden diseñar para un amplio rango de saltos y caudales, siendo capaces de operar en rangos de desnivel que van de los dos metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el más ampliamente usado en el mundo, principalmente para la producción de energía eléctrica en centrales hidroeléctricas.

Se utilizan para producción de electricidad. Las grandes turbinas Francis se diseñan de forma individual para cada aprovechamiento hidroeléctrico, a efectos de lograr el máximo rendimiento posible, habitualmente más del 90%. Son muy costosas de diseñar, fabricar e instalar, pero pueden funcionar durante décadas.

También pueden utilizarse para el bombeo y almacenamiento hidroeléctrico, utilizando dos embalses, uno a cota superior y otro inferior (contraembalse); el embalse superior se llena mediante la turbina (en este caso funcionando como bomba) durante los períodos de baja demanda eléctrica, y luego se usa como turbina para generar energía durante los períodos de alta demanda eléctrica.



Se fabrican microturbinas Francis baratas para la producción individual de energía para saltos menores de 52 metros.

a) Tubo de AspiraciónEs la salida de la turbina. Su función es darle continuidad al flujo y recuperar el salto perdido en las instalaciones que están por encima del nivel de agua a la salida. En general se construye en forma de difusor, para generar un efecto de aspiración, el cual recupera parte de la energía que no fuera entregada al rotor en su ausencia.

b) Caja espiralTiene como función distribuir uniformemente el fluido en la entrada del rodete. La forma en espiral o caracol se debe a que la velocidad media del fluido debe permanecer constante en cada punto de la misma. La sección transversal de la misma puede ser rectangular o circular, siendo esta última la más utilizada.

c) Rueda o RodeteEs el corazón de la turbina, ya que aquí tiene lugar el intercambio de energía entre la máquina y el fluido. En forma general, la energía del fluido al momento de pasar por el rodete es una suma de energía cinética, energía de presión y energía potencial.



3. DESARROLLO SIMULACION CFD ANSYS-CFX DEL DESARENADOR Y EL FÉNOMENO DE SEDIMENTACION

3.1.TUBO DE ASPIRACION

Geometria



Enmallado

3.2.CAJA ESPIRAL

Geometría



Enmallado

3.3.RUEDA O RODETE

Geometría



Enmallado

Definición propia de la condiciones de borde de la simulación, tomando el caudal recomendado de 2250 m/s



Aplicación de puntos de monitoreo en tiempo Real.

Velocidad de entrada FM Entrada

Velocidad de salida FM Salida



Utilidad de STREAMLINES, VECTORS y análisis cualitativo (visual).

STREAMLINES



4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

El programa ANSYS es una herramienta que nos permite un acercamiento amistoso al comportamiento real de los fluidos en los diferentes artefactos hidráulicos. Esta tecnología ayuda al desarrollo de una ingeniería más precisa y exacta en comparación a otras ramas.

Puede remarcarse además que es una herramienta avanzada que es posible destinar a la investigación por la extensión del conocimiento concreto a un mayor detalle al presentarlo de forma más asequible, y por el progresivo aumento de las capacidades computacionales, que permiten estudiar la influencia de múltiples parámetros en el funcionamiento del sistema.

Se puede observar que un mallado más preciso nos otorgará mejores resultados en los elementos que se desee analizar.

Para la concepción de un buen diseño de cualquier elemento hidráulico es necesario tener a mano un conocimiento detallado del curso de hidráulica para poder aplicar los conocimientos adquiridos y el criterio que los cursos de hidráulica nos han aportado a la hora de diseñar.

Por las condiciones de borde que se definieron en la tubería, se obtienen las mayores velocidades en el tramo central cerca a la salida de esta mientras que las menores velocidades son las que se encuentran en la entrada del flujo.

El proceso de convergencia al correr el SETUP duró aproximadamente 30 segundos, el cual nos indicó que no hubo ningún problema o error al analizar la data del programa. Es necesario mencionar, que se han tenido errores al dimensionar la malla muy pequeña y el proceso de convergencia corría indefinidamente. En otros casos, al dimensionar una malla muy pequeña el procesador del ordenador dejaba de responder y ocasionaba un colapso del sistema.

RECOMENDACIONES

Existen problemas con la versión establecida en las computadoras de la universidad. Se recomendó guardar el documento y que este sea abierto por la versión de Ansys CFX instalada en el laboratorio.



5. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA.

JOSÉ MARIA CARRILLO SANCHEZ2010 Jornada de introducción de investigación de la UPCT

http://www.upct.es/hidrom/publicaciones/revistas/Consideraciones_del_mallado_aplicadas_al_calculo_de_flujos_bifasicos_con_las_tecnicas_de_dinamica_de_fluidos_computacional.pdf

ANSYS2015 About Ansys

http://www.ansys.com/About+ANSYS

REPOSITORIO ACADEMICO DE LA UNIVERSIDAD DE CHILE2014 Modelación numérica 3D aplicada al diseño de las obras hidraúlicas de la Central

Baker 1: Región de Aysénhttp://repositorio.uchile.cl/handle/2250/115968

PH D ING. MIGUEL ANGEL ORMEÑO VALERIANO2015 FUNDAMENTOS DE HIDRAULICA COMPUTACIONAL

EJERCICIO DE MODELAMIENTO 1: CONSTRUCCION DE GEOMETRIA Y CONSTRUCCION DE LA MALLA

MATIX, C.2015 TURBOMÁQUINAS HIDRÁULICAS, TURBINAS HIDRÁULICAS, BOMBAS,

VENTILADORES.

RAMA S. R., GORLA Y AIJAZ A., KHAN.2015 TURBOMACHINERY DESIGN AND THEORY.

http://repositorio.uchile.cl/handle/2250/115968

http://www.ansys.com/About+ANSYS




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