Todo lo que necesita saber sobre el tubo de aspiración

Los tubos de tiro son componentes esenciales en la mayoría de los tipos de turbinas, como Kaplan, Francis y turbinas de reacción. El componente es como una tubería diseñada con áreas que aumentan gradualmente y que conectan la salida del rodete con un conducto de descarga. Con sus dos extremos, uno se conecta a la salida del rodete y el otro extremo se sumerge por debajo del nivel del agua en el canal de descarga. En este componente, la energía cinética se convierte en presión estática.

Hoy conocerá la definición, las aplicaciones, la función, el diagrama, los tipos y el funcionamiento de un tubo de aspiración. También conocerá las ventajas y desventajas de este tubo de aspiración en sus diversas aplicaciones.

¿Qué es un tubo de aspiración?

Un tubo de aspiración es un tubo de conexión instalado generalmente en la salida o salida de una turbina para convertir la energía cinética del agua en la salida en presión estática. con este componente se evita el desperdicio de la energía cinética del agua. En un tubo de aspiración, el diámetro es menor cerca de la entrada y grande cerca de la salida. Esta salida siempre está sumergida en agua. El acero fundido y el hormigón de cemento es el material utilizado para fabricar un tubo de aspiración.

Tal como se mencionó anteriormente, los tubos de tiro se utilizan generalmente en turbinas de potencia como las turbinas de reacción, Kaplan y Francis. El sistema está ubicado justo debajo del corredor y permite desacelerar la salida de velocidad del flujo del corredor.

Los tubos de tiro se utilizan en las turbinas para evitar el problema del reflujo, por lo que se encuentran ubicados entre la salida de la turbina y el canal de descarga. Las turbinas como Pelton o de impulso no necesitan un tubo de tiro porque la cabeza disponible para la turbina es muy grande. Esto da como resultado una presión superior a la atmosférica a la salida de la turbina. Debido a la presión atmosférica anterior del agua a la salida de la turbina, nunca se producirá un reflujo de agua.

Aplicaciones de tubos de aspiración

Las aplicaciones de los tubos de aspiración en turbinas ya se han mencionado anteriormente. Se utilizan para aumentar la presión desde la baja presión de salida de la turbina hasta la presión del entorno al que se expulsa el fluido. La función principal de un tubo de tiro es convertir la energía cinética del agua en energía de presión, disminuir la velocidad del agua y aumentar la presión del agua antes de unirse al canal de descarga. Este tubo se utiliza para aumentar constantemente el área de la sección transversal.

Esquema de un tubo de aspiración:

Tubo de aspiración en turbina Kaplan.

Tipos de tubos de aspiración

A continuación se muestran los distintos tipos de tubos de aspiración:

Tubo de tiro cónico:

Los tipos cónicos de tubos de tiro permiten que su dirección de flujo sea recta y divergente. Por lo general, se fabrican con placas de acero dulce, tienen un diseño de forma cónica y un diámetro exterior mayor que la entrada. El ángulo cónico del tubo de aspiración no es demasiado ancho para inducir una divergencia del flujo de la pared del tubo de aspiración. Además, el ángulo no debe ser demasiado corto, ya que se requiere un tubo de tiro más largo para ofrecer una pérdida sustancial de energía cinética.

Tubo de tiro de codo simple:

Estos tipos de tubos de tiro tienen la forma de un codo. A menudo se utiliza en una turbina Kaplan. El área de la sección transversal permanece igual en toda la longitud del tubo de tiro, mientras que su entrada y salida son circulares. Los tubos de tiro de codo se utilizan en posiciones de cabeza baja y la turbina se monta junto a la pista de escape. Esto ayuda a minimizar el gasto de perforación y el diámetro de salida es tan amplio como una posición para recuperar energía cinética en la salida del corredor.

Tubo de tiro Moody:

En los tipos de tubos de tiro Moody, la salida se divide en dos secciones y tiene una entrada. Este tubo es similar a un tubo de tiro cónico. Los tipos de tubos de tiro Moody ayudan a reducir el movimiento giratorio del agua.

Tubo de aspiración en codo con sección variable:

Estos tipos de tubos de tiro con diferentes secciones transversales son mejoras de un tiro de codo simple. Su entrada es circular mientras que la salida es rectangular. Generalmente, la sección horizontal del tubo de aspiración está inclinada hacia arriba para evitar que el aire llegue a la zona de salida. El tubo de aspiración varía en sección transversal desde la entrada hasta la salida. Esta salida está debajo del conducto de escape.

Trabajo de tubos de aspiración

El funcionamiento de los tubos de tiro en una turbina es menos complejo y se puede entender fácilmente. En el caso de la turbina Kaplan y Francis, la cabeza disponible en la entrada es baja, lo que hace que la turbina se coloque mucho más cerca del canal de descarga. Esto ayuda a obtener una cabeza máxima. La mayor parte de la presión del agua se convierte en energía mecánica de la turbina. La cabeza de presión a la salida de la turbina está por debajo de la presión atmosférica.

El reflujo puede ocurrir debido a que la salida de una turbina está ubicada cerca del canal de descarga y la presión del agua a la salida de una turbina es menor que la presión atmosférica. Esto ocurre porque el agua fluye de alta presión a baja presión y la presión a la salida de la turbina es menor que la atmosférica y en el canal de descarga hay presión atmosférica.

Este reflujo puede causar graves daños a la turbina y sus partes, provocando una avería total. Para evitar este problema de reflujo, se utiliza un tubo de aspiración entre la salida de la turbina y el canal de descarga. Un tubo de tiro aumentará la presión del agua a la presión atmosférica.

Mire el video a continuación para obtener más información sobre el funcionamiento del tubo de tiro:

Aplicación del principio de Bernoulli en las secciones 1-1 y 2-2

[Cabeza de presión + Carga de velocidad + Carga de elevación]_1-1  =[Cabeza de presión + Carga de velocidad + Carga de elevación]_2-2

Sea
P₁ =presión del fluido en la sección 1-1 (entrada de un tubo de aspiración)
V₁ =velocidad del fluido en la sección 1-1 (una entrada de un tubo de aspiración)
Del mismo modo,
P₂ =presión del fluido en la sección 2-2 (salida del tubo de aspiración)
V₂ =velocidad del fluido en la sección 2-2 (salida del tubo de aspiración)
ρ =densidad del fluido que fluye
g =fuerza gravitacional
h_f =pérdida de carga (energía) en el tubo de aspiración
H_s =altura vertical del tubo de tiro por encima del canal de escape
y =distancia de la parte inferior del tubo de tiro desde el canal de escape.
P_a  =presión atmosférica de un fluido.

(P₁  / ρg ) + ( V₁ ² / 2g ) + ( H_s + y ) =( P₂  / ρg ) + ( V₂ ² / 2g ) + ( 0 + h_f )
(P₁  / ρg ) =( P₂  / ρg ) – ( ​​H_s + y ) + ( V₂ ² / 2g ) – ( ​​V₁ ² / 2g ) + h_f

El cabezal de presión en la sección 2 – 2 es igual al cabezal de presión atmosférica y la distancia y.
( P₂  / ρg ) =( P_a  / ρg ) + y
( P₁  / ρg ) =( P_a  / ρg ) + y – H_s – y + (V₂ ² / 2g ) – ( ​​V₁ ² / 2g ) + h_f (P₁  / ρg ) =( P_a  / ρg ) – H_s + (V₂ ² / 2g ) – ( ​​V₁ ² / 2g ) + h_f

Convertir la ecuación para nuestro requisito (es decir, en medio de R.H.S tomando "-" común)
( P₁  / ρg ) =( P_a  / ρg ) – H_s – [ (V₁ ² / 2g ) – ( ​​V₂ ² / 2g ) – h_f ]

En la ecuación anterior [ ( V₁ ² / 2g ) – ( ​​V₂ ² / 2g ) – h_f ] se llama cabeza cinética.
Aquí [ ( V₁ ² / 2g ) – ( ​​V₂ ² / 2g ) ] es la cabeza dinámica.
De la ecuación anterior, podemos escribir
( P₁  / ρg ) <( P_a  / ρg )
Entonces        P1