Turbina Francis Docx

8/6/2019 Turbina Francis Docx

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

LAB. DE INGENIERA MECNICA II

TURBINA FRANCIS

ING. OSWALDO M. MORALES TAQUIRI


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TURBINA FRANCIS

OBJETIVOS

Observar el rendimiento hidrulico y sus condiciones de diseo. Funcionamiento a velocidad angular variable: curvas caractersticas. Proporciones y factores de diseo. Clculo elemental de la turbina Francis.

FUNDAMENTO TERICO.La energa es una magnitud almacenada, en forma similar a un volumen; su

cualidad de producir trabajo o su propiedad de incrementarse, es lo nico que nos interesa.

La potencia es un flujo de energa, toda la energa almacenada no puede transportarseinstantneamente a otro lugar, tiene que hacerlo en forma de un flujo.

Ocurre que en algunas fuentes de energa, esta no est almacenada en ste, sino que debe

producirse constantemente en forma de un flujo. Por ello se habla de potencia (flujo de

energa) de un motor (fuente de energa).

La energa mecnica se presenta como el producto de dos factores:

El producto de una fuerza por una velocidad longitudinal o el producto de un momento

torsor por una velocidad angular si el movimiento es rotacional.

Potencia = V F Movimiento longitudinal

Potencia = T Movimiento rotacional

La potencia se desarrolla, transmite y absorbe en mquinas rotativas y otros dispositivos.

Algunas mquinas (por ejemplo, turbinas, mquinas de vapor y motores de combustininterna) desarrollan potencia. Otras la utilizan para producir efectos tiles. En todas las

mquinas rotativas y alternativas hay siempre alguna forma de transmisin de potencia. En

la transmisin de esta potencia, una parte de ella se pierde inevitablemente a causa de la

friccin. Al ingeniero le interesa la potencia que puede desarrollarse, la que puede

transmitirse y la que se utiliza para producir efectos dados.


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Para regular el caudal de agua que entra en el rodete su utilizan las paletas directricessituadas en forma circular. Cada una de las paletas directrices se mueve sobre un pivote,de tal forma que llegan a tocarse en la posicin de cerrado, en cuyo caso el caudal deagua recibido por el rodete es mximo. El conjunto de paletas directrices deldistribuidor se acciona por medio de un anillo mvil, al que estn unidas todas laspaletas directrices, y este anillo mvil a su vez est accionado por el regulador develocidad de la turbina.

El agua despus de pasar por el rodete, impulsando a sta y hacindolo girar, sale por untubo que se denomina TUBO DE ASPIRACIN el cual cumple un doble propsito:

- utilizar la diferencia de niveles que existe entre el punto de salida de la turbina yel nivel agua abajo, denominada altura esttica de succin.

- Recuperar, por su forma divergente, parte de la energa cintica que lleva el aguaal salir de la turbina. La altura recuperada es denominada como altura dinmicade succin.


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EL TUBO DE ASPIRACIN

En una turbina de impulso como la rueda Pelton, la carga disponible es alta (200m oms), y no hay mucha prdida entre el trabajo total producido aunque la turbina se

coloque separada dos o tres metros del nivel del desfogue. En la turbina Francis, sedesperdiciara una fraccin considerable de la carga disponible si la turbina se colocarapor encima del nivel del desfogue y el agua que saliera de la turbina nada msdescargara a la atmsfera. Colocando la turbina por encima del nivel de desfogue yllevando el agua de descarga hasta el desfogue por medio de una tubera de manera queel agua alcance la presin atmosfrica solamente en el desfogue, tanto el trabajo comola eficiencia de la turbina se podrn mejorar considerablemente. En segundo lugar, el

tubo que conduce el agua desde la salida de la turbina hasta el desfogue se puede hacerligeramente divergente de manera que una parte de la energa cintica a la salida de larueda se pueda convertir en carga de presin y mejorar el factor total de utilizacin. Estetubo se conoce como tubo de aspiracin.

Considrese el tubo e aspiracin de la siguiente figura. La salida de la turbina est a unaaltura Hs sobre el nivel de desfogue. Sea el subndice 2 el que denote las condiciones aal salida del rotor mientras que el subndice 3 indica las condiciones a la entrada y elsubndice 4 a la salida del tubo de aspiracin, donde la presin es atmosfrica.


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Suponiendo que el fluido sea incompresible y aplicando la primera ley de latermodinmica a un flujo isentrpico sin prdidas, entre la salida del rotor y la salida deltubo de aspiracin, (despreciando la pequea diferencia en la altura entre las secciones 2y 3), se ve que:

FORMA DE LOS TUBOS DE ASPIRACIN

Existen cuatro formas para los tubos de aspiracin que dependen de las condiciones deflujo, la altura de la turbina sobre le desfogue, etc. La primera forma figura (a), es deltipo cnico recto, que va desde la turbina al desfogue. El segundo tipo, (figura (b)), estambin un tubo recto, excepto que tiene forma de campana. Este tipo de tubo deaspiracin tiene la ventaja de que puede permitir el flujo en la turbina con uncomponente de remolino y con muy pequeas prdidas.

Cuando no hay espacio libre, o donde, por algunas otras condiciones, se tenga quecolocar la turbina muy cerca o por debajo del nivel de desfogue, se podr usar un tubocurvo de aspiracin. Este tubo permite la difusin dela carga de velocidad si el rea de

c

s

c

a

ggH

gV V PP

+=

2)( 22242


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salida es mayor que el rea de entrada del tubo de aspiracin; sin embargo, la eficienciano es por lo general tan grande como la de los dos primeros tipos. La cuarta forma detubo de aspiracin es similar a la del tercero, excepto que la seccin de salida escuadrada o rectangular en vez de cilndrica, como sucede con el tubo que aparece en lafig (c).


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Las turbinas Francis son conocidas como turbinas de sobrepresin por ser variables lapresin en las zonas del rodete, o de admisin total ya que ste se encuentra sometido ala influencia directa del agua en toda su periferia. Tambin se conocen como turbinasradiales - axiales y turbinas de reaccin.

El campo de aplicacin es muy extenso, dado el avance tecnolgico conseguido en laconstruccin de este tipo de turbinas. Pueden emplearse en saltos de distintas alturasdentro de una amplia gama de caudales (entre 2 y 200 m3 /s aproximadamente)

Consideraremos la siguiente clasificacin, en funcin de la velocidad especfica delrodete, cuyo nmero de revoluciones por minuto depende de las caractersticas del salto:

- Turbina Francis lenta. Para saltos de gran altura (alrededor de 200 m o ms).- Turbina Francis normal. Indicada en saltos de altura media (entre 200 y 20m)- Turbinas Francis rpidas y extrarrpidas. Apropiadas a saltos de pequea altura

(inferiores a 20m).


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Las turbinas Francis, son de rendimiento ptimo, pero solamente entre unosdeterminados mrgenes (para 60% y 100% del caudal mximo), siendo una de lasrazones por la que se disponen varias unidades en cada central, al objeto de que ningunatrabaje, individualmente, por debajo de valores del 60% de la carga total.

Al igual que las turbinas Pelton, las turbinas Francis pueden ser instaladas con el eje enposicin horizontal, o vertical, siendo esta ltima disposicin la ms generalizada porestar ampliamente experimentada, especialmente en el caso de unidades de granpotencia. Para describirlas, nos basaremos en turbinas de eje vertical.

COMPONENTES DE UNA TURBINA FRANCIS

La relacin de componentes fundamentales, considerando como referencia, siempre queello sea factible, el sentido de circulacin del agua por la turbina, es el siguiente:

- Cmara espiral- Distribuidor- Rodete- Tubo de aspiracin

Y tambin- Eje- Equipo de sellado del eje de turbina- Cojinete gua de turbina- Cojinete de empuje


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Figura 1

En la figura 1, est representada en semicorte axial una turbina NEYRPIC, de 100.000CV de potencia, 333 r.p.m. para un salto de 179 m. Se puede apreciar elrodete o partemvil de turbina (1 en la figura), constituido por un cierto nmero de paletas olabesque oscila entre 16 y 21, y depende del tipo de construccin.

El agua procedente de la tubera forzada entra perpendicularmente al eje de la turbina ysale paralela a l. La parte por la que entra el agua en la turbina se denominacmara dedescarga , la que est indicada por 2 en la figura. El agua, despus de pasar por elrodete, impulsando a ste y hacindolo girar, sale por un tubo denominadotubo deaspiracin (3 en la figura).

Para regular el caudal de agua que entra en el rodete se utilizan unas paletas directricessituadas en forma circular, y cuyo conjunto de denominadistribuidor (4 en la figura).Cada una de las paletas directrices se mueve sobre un pivote, de tal forma que llegan atocarse en la posicin decerrado, en cuyo caso no entra agua en el rodete, y tienen suscaras casi paralelas en la posicin deabierto, en cuyo caso el caudal de agua recibidopor el rodete es mximo. El conjunto de paletas directrices del distribuidor se accionapor medio de un anillo mvil (5 en la figura), al que estn unidas todas las paletasdirectrices, y este anillo mvil, a su vez est accionado por el regulador de velocidad de


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la turbina. Esto se puede apreciar en la figura 2, una turbina Francis vista desde abajo;donde (1) es el rodete de la turbina, unido al eje (2) de la misma. Las paletas deldistribuidor estn representadas por (3), y (4) expresa los pivotes sobre los que girandichas paletas; en la figura, las paletas del distribuidor estn casi totalmente abiertas.

Figura 2

Eje de una turbina Francis

El eje de un grupo tiene ciertas peculiaridades cuando se encuentra instalado enposicin vertical. Por medio del eje de turbina, al estar rgidamente unido medianteacoplamiento al eje del alternador, se transmite al rotor de ste el movimiento derotacin necesario. Ahora bien, en este tipo de turbinas, es en la zona de ejecorrespondiente al alternador donde se suele disponer el medio para soportar todo elpeso del conjunto formando por ejes, rotor, rodete y empuje del agua sobre los labes deeste ltimo. Tal medio, es el denominado cojinete de empuje, del cual nos ocuparemosoportunamente.

Adems del cojinete de empuje, el eje completo del grupo, dispone de hasta trescojinetes guas. Dos de ellos estn situados en la zona del alternador, y un tercero en lazona de turbina, al cual nos referiremos en breve.

En determinados grupos, y por caractersticas constructivas de los mismos referidas acondiciones de peso y sustentacin, o aireacin del rodete, el eje es hueco en sutotalidad.


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Aireacin de rodetes Francis

La conduccin formada en los ejes huecos, permite la circulacin de una corriente de

aire hacia el interior del rodete y el tubo de aspiracin, al objeto de evitar efectos devaco, que seran perjudiciales para estos y otros elementos de la turbina. La salida delaire se efecta a travs de orificios practicados en el difusor.

Para evitar un posible paso de agua a la zona de ubicacin del alternador, a travs deleje, se instala, en el extremo superior de ste o en el propio difusor, una vlvuladenominada vlvula de aireacin. Dicha vlvula, en funcin de la carga solicitada a la

mquina, controla automticamente el paso de aire hasta la parte inferior del rodete,cuando se produce un fuerte efecto de succin, debido a la velocidad adquirida por elagua en el tubo de aspiracin, en su camino hacia el canal de desage.

Cuando el eje es macizo, o se necesitan mayores aportaciones de aire, la aireacin seobtiene o se incrementa bien a travs de una canalizacin que bordeacircunferencialmente al cono de aspiracin, o mediante un tubo con perforaciones

equidistantemente repartidas en su periferia (procedimiento ya en desuso), queatravesando diametralmente a dicho cono, por debajo del rodete, comunica con laatmsfera exterior. La entrada de aire a dichos conductos, tambin puede estar dotadade la correspondiente vlvula de aireacin.

En el caso de turbinas de eje horizontal, que necesitan aireacin, la vlvula para tal finse sita, generalmente, sobre la parte superior del codo del tubo de aspiracin.

La turbina Francis representada anteriormente es de eje vertical; tambin se construyenturbinas Francis de eje horizontal, tal como la representada en las figuras 3 y 4; se tratade una turbina ESCHER WYSS de 72.300 kW y 750 r.p.m. para un salto de 522 m; eneste caso la cmara de descarga rodea verticalmente el rodete, mientras que la cmarade aspiracin sigue siendo vertical, como en el caso de la turbina Francis de eje vertical.


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Figura 3

Figura 4

Para la eleccin de una turbina Francis de eje horizontal o de eje vertical, se tienen encuenta diversos criterios.

La turbina Francis de eje horizontal presenta las siguientes ventajas:

Separacin completa de la turbina y el generador.


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Disposicin ventajosa de la sala de mquinas ya que la turbina y el generadorestn situados al mismo nivel.

Fcil montaje.

Facilidad de reparaciones en la turbina y en el generador. Costo reducido de la turbina y el generador.

Respecto a la turbina de eje horizontal, la turbina Francis de eje vertical presenta lossiguientes inconvenientes:

La turbina y el generador ya no son completamente independientes puesto queambas mquinas han de estar soportadas por un cojinete axial comn.

Al estar superpuestas la turbina y el generador, se precisa construir una sala demquinas de, por lo menos, dos plantas.

El montaje es ms difcil.

Los dispositivos de engrase (sobre todo del cojinete axial) son ms complicados.

El costo es superior en aproximadamente, un 20 % a igualdad las demscondiciones.

En resumen, que la tendencia moderna es construir turbinas Francis de eje horizontal.Sin embargo, como las primeras turbinas Francis eran de eje vertical, las casasconstructoras tienen mayor experiencia en la construccin de turbinas de este tipo, porlo que todava se realizan muchas instalaciones con turbinas Francis de eje vertical.Sobre todo, es interesante el empleo de estas turbinas cuando, por razones de espaciodisponible, conviene reducir la superficie de la sala de mquinas, todo lo que seaposible.

La forma de rodete y el perfil de los labes dependen de las caractersticas de salto ycaudal. Se puede ver en la figura 5 un rodete de turbina Francis lenta, para un salto de455 m, y en la figura 6, un rodete de turbina Francis extrarrpida, para un salto de 32 m,en que su tamao aumenta significativamente, para aumentar su velocidad, variandotambin el ngulo de las paletas.


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Figura 5 Figura 6

En las centrales hidrulicas con saltos de pequea y mediana altura, la turbina Francis semonta con la cmara de descarga abierta. En las figuras 7 y 8 se representanesquemticamente dos turbinas Francis, de eje vertical y de eje horizontal,respectivamente, montadas en cmara abierta. En este tipo de cmara el agua llega

libremente hasta la turbina, quedando sta sumergida en el agua, tal como puedeapreciarse con ambas figuras.

Figura 7

Figura 8


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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LAS TURBINASFRANCIS

Considerando los aspectos constructivos de los componentes de las turbinas Francis, secomprende con facilidad el funcionamiento de las mismas.En la mayora de los casos, la instalacin de este tipo de turbinas, se realiza en centralespara cuya alimentacin de agua se requiere la existencia de un embalse. Otraparticularidad en la ubicacin de estas turbinas, radica en que el conjunto esencial de lasmismas, es decir, cmara espiral - distribuidor - rodete - tubo de aspiracin, seencuentra, generalmente, a un nivel inferior respecto al nivel alcanzado por el agua en

su salida hacia el cauce del ro en direccin aguas abajo.

Podemos considerar, por lo tanto, la presencia de una columna de agua continua, entrelos distintos niveles de los extremos mencionados, embalse - salida de agua, deduciendoque la turbina est totalmente llena de agua. segn otras disposiciones de instalacin,especialmente en saltos de muy poca altura, podramos interpretar que se hallasumergida, tal es el caso de no disponer de cmara espiral, encontrndose instalado elrodete en el interior de una cmara abierta, normalmente de hormign, enlazadadirectamente con la zona de toma de agua o embalse.

La energa potencial gravitatoria del agua embalsada, se convierte en energa cintica ensu recorrido hacia el distribuidor, donde, a la salida de ste, se dispone de energa enforma cintica y de presin, siendo, la velocidad de entrada del agua en el rodete,inferior a la que le correspondera por altura de salto, debido a los cambios bruscos dedireccin en su recorrido.


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PARTES DEL ESTAT

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R Y DEL ROTOR DE LA TURBINA FRANCIS


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LOS MOTORES

Son fuentes de energa mecnica, la diversidad de sus tipos varia segn la fuente de

energa que ellos necesitan para convertirla en energa mecnica (de combustin interna,

de vapor, elctricos, hidrulicos, etc.).

Cuando el eje de un motor no est conectado a ningn otro eje (est libre) se dice que est

en vaco, de lo contrario, est con carga mecnica; la mayor velocidad de un motor se

obtiene estando en vaco.

El torque que proporciona un motor no es constante, vara con la velocidad de ste.

La potencia de entrada de un motor permanece constante.

En el caso de los motores de combustin interna, corresponde a una apertura fija delcarburador ( de la bomba de inyeccin mediante el pedal del acelerador).


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En los motores elctricos (carga elctrica de la lnea) si disponen de una corriente regulada(en Amperios), poseer una potencia de entrada constante.

LAS MQUINAS

Son las cargas (lenguaje tcnico) que demandan la energa mecnica en forma de un flujo(potencia) para realizar un trabajo.

La potencia solicitada por la mquina depende de la velocidad a la cual debe ser movida ynaturalmente de la clase de mquina y del trabajo que realiza; por ejemplo: una mezcladorade concreto de capacidad x , para ser movida a 40 RPM requiere de un torque de 30000 N-mm y para 30 RPM de un torque de 25000 N-mm.

Cuando una mquina es conectada a un motor, el motor proporciona la velocidad y la

mquina solicita el torque para tal velocidad; el motor tiene tendencia a frenarse

disminuyendo su velocidad, con lo cual, la mquina solicita un torque menor y quedan

finalmente equilibrados con velocidad constante.

Si la mquina debe ser acelerada, el motor de combustin debe pasar a otra curva de

potencia abriendo la entrada de admisin o solicitando mayor "amperaje" a la lnea en el

caso de un motor elctrico.

ELEMENTOS DE TRANSMISIN

Son conductores de la potencia mecnica, solo transmiten, pero en la realidad haypequeas fugas de potencia en los elementos de enlace (dientes de engranajes, cojinetes,

resbalamiento de fajas, etc.) debido a la friccin que se convierten en calentamiento y en el

trabajo de desgaste de los materiales

MEDICIONES DE POTENCIA La importancia de un equipo se da por la capacidad de trabajo en unidad de tiempo que

puede entregar.


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La potencia desarrollada por la mquina no es la misma que se le entrega, debido a las

prdidas que se suscitan durante su funcionamiento (generalmente debido a la friccin).

Sin embargo existe una potencia entregada al pistn por la sustancia de trabajo que es

determinada mediante los llamados indicadores; conocindose esta potencia como potenciaindicada.

Para medir potencia indicada se puede usar:

a) Los indicadores del tipo pistn.- se utilizan en mquinas alternativas de bajavelocidad, tales como mquinas de vapor, bombas, compresores y motores decombustin interna.b) Los indicadores de diafragma.- se usan para mquinas alternativas de alta velocidad.

c) Los indicadores pticos .-han sido diseados para 2000RPM ms, de tal manera quelos efectos de inercia pueden ser considerados despreciables.

d) Los indicadores electrnicos.- son tiles para un rango ms amplo de velocidades,

estando libres de los efectos de inercia.

Para medir potencia al freno se puede usar:

a) Dinammetros mecnicos a friccin

b) Dinammetros hidrulicos

c)Dinammetros elctricosd) Dinammetros de aire

e)Dinammetros de transmisin

La potencia entregada por la turbina es absorbida por la friccin existente entre la faja y la

volante. El efecto la controlamos por medio del cargador de pesas. La fuerza de friccin

aumenta conforme se aumenta la carga.

Si deseamos medir potencias relativamente altas debemos echar agua en la volante con la

finalidad de producir el enfriamiento de esta, con la consiguiente evaporacin del lquido.

El freno Prony presenta grandes dificultades para la disipacin de calor para mantener

constante el par resistente, por ello su uso se limita para la medicin de bajas potencias.


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Algunas ecuaciones que relacionan variables:

Dw

R

Diagrama de cuerpo libre

f

D W

W D f

D f W =

=+

= R f P B

Donde:f : Fuerza de friccin.

W : Carga.D : Fuerza registrada en el dinammetro.R : Radio de la volante.PB : Potencia al eje.

: Velocidad angular (rad/s)


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MATERIALES Y EQUIPOS

Marca: Armifield Hydraulic Engineiring Co. Ltd. Ringwood H.RTS, England

Tipo: Ns 36MK2

Altura neta: 20 piesPotencia: 2.5 HPVelocidad: 1000RPMVelocidad especfica: 36Dimetro de la volante: 12Dimetro de la entrada: 6Tamao nominal del rodete: 6

ACCESORIOS

TACOMETRO SMITHRango: 0-2000RPMAprox: 20RPM

MANOMETRO ASHCROFTRango: 0-60PSIAprox: 1PSI

DINAMOMETRO SALTINRango: 0-20KgAprox: 100g

WEIREscala: 0-30cmAprox: 0.1mmTriangular: =90Cd = 0.6

MOTOBOMBA

Motor: Neman Motor INCCasco: 2560/DD 2182 BBRPM: 3600BB voltaje: 220vCiclo: 60 amperaje: 26AFase: 3 HP=10Factor de servicio: 1.15

Bomba: SIGMUND PUMP LTD.Tipo: MN63N serie: 147305


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PROCEDIMIENTOEXPERIMENTAL

1. Precauciones antes de encender el equipo : Todas las vlvulas deben estar totalmente cerradas.

Debe chequearse el cero del linnmetro, de tal forma que el nivel del

agua coincida con el del vrtice del vertedero.

2. Encender la Bomba.3. Seleccionar una altura de funcionamiento que debe permanecer

constante durante todo el ensayo.

4. Para determinar la posicin de los alabes directrices se hace variar lacarga al freno.

5. Para cada carga aplicada tomar los datos de la velocidad. De la fuerzaen el dinammetro, de la pesa y de la altura del linnimetro.

6. Abrir la vlvula de salida de la bomba y seleccionar una altura hidrulicaque ser constante durante el ensayo.

ESQUEMA DE LA INSTALACIN EN EL LABORATORIO


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CLCULOS YRESULTADOS Por la gran cantidad de datos obtenidos, explicaremos a continuacin la metodologaseguida en el clculo de los diferentes parmetros solicitados para luego presentar losresultados respectivos a cada una de las partes de las pruebas en forma de tablas ygrficas.

a. Clculo de la Potencia hidrulica (HPa)

n

QH HPa E

=

Donde: HPa = Potencia hidrulica (HP)

= Peso especfico (1000 kg/m3)Q = Caudal (m3 /s)HE = Altura efectiva (mH2O)N = Factor de conversin (76)

La altura efectiva la definimos mediante la frmula de Bernoulli aplicada a ladisposicin que se tiene en el laboratorio:

gV V P

Z H E 2

22

21

+

+= 22

5

4

416,1

D

h AQ

V ==

Donde: Z = Altura geodsicaD1 = DimetroQ = Caudal

P/ = Altura esttica

La altura esttica que se mide con el manmetro a la entrada de la turbina semantuvo constante e iguala a 6 psi durante toda la experiencia, siendo este valorigual a 4,2226 mH2O.


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b. Clculo de la Potencia al eje (BHP)

En este caso se utiliz un freno Prony para simular la potencia al freno. La variacinde la carga se realizaba mediante el aumento de pesas, midindose los pesos para ladeterminacin de la fuerza de friccin presente en la volante. As tenemos que:

= T BHP W F f R f T ==

Donde: BHP = Potencia al freno (W)T = Torque (Nm)

= Velocidad angular del eje (rad/s)

f = Fuerza de friccin (N)R = Radio de la volanteF = Peso que se agrega a la bscula (N)

W = Fuerza medida con el dinammetro (N)

c. Clculo de la Eficiencia Total ( T)

HPa BHP

t =


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DATOS EXPERIMENTALES

RPM RPM CARG(Kg) DINA(Kg)1300 1250 0 01070 980 1 1.51296 900 1.5 1.8

780 750 2 2.4843 700 2.5 3760 700 3 3.5

h(m) 0.208P(pa) 0.000435

RPM RPM CARG(Kg) DINA(Kg)1383 1320 0 01380 1300 1 1.21350 1290 1.5 21380 1260 2 2.41345 1200 2.5 31290 1040 3 3.8

h(m) 0.172P(pa) 0.000725

RPM RPM CARG(Kg) DINA(Kg)1200 1150 0 01180 1100 1 1.21100 1000 1.5 2.11080 990 2 2.51101 970 2.5 31107 960 3 3.6

h(m) 0.127 P(pa) 0.001015

CALCULOS Y RESULTADOS

rpm(prom) Ff(N) T(Nm) Pot(W) Hpa P(pa) nt1275 0 0 0 303.23 0.000435 01025 4.905 1.495044 160.4747 303.23 0.000435 0.5292181098 2.943 0.897026 103.1422 303.23 0.000435 0.340145

765 3.924 1.196035 95.81511 303.23 0.000435 0.315982771.5 4.905 1.495044 120.7865 303.23 0.000435 0.398333

730 4.905 1.495044 114.2893 303.23 0.000435 0.376906


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26

00,20,40,60,8

11,21,41,61,8

0 500 1000 1500

T O R Q U E

RPM

-200

2040

6080

100120140160180

0 500 1000 1500

P O T E N C I A

RPM


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rpm(prom) Ff T(Nm) Pot(W) Hpa P(pa) nt1351.5 0 0 0 183.7841 0.000725 0

1340 1.962 0.598018 83.9165 183.7841 0.000725 0.4566041320 4.905 1.495044 206.66 183.7841 0.000725 1.1244721320 3.924 1.196035 165.328 183.7841 0.000725 0.899578

1272.5 4.905 1.495044 199.2234 183.7841 0.000725 1.0840081165 7.848 2.39207 291.829 183.7841 0.000725 1.587891

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

n t

RPM

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

1150 1200 1250 1300 1350 1400

T O R

Q U E

RPM


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28

0

50

100

150

200

250300

350

1150 1200 1250 1300 1350 1400

P O T E N C I A

RPM

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

1150 1200 1250 1300 1350 1400

n t

rpm


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29

rpm(prom) Ff T(Nm) Pot(W) Hpa P(pa) nt1175 0 0 0 87.17775 0.001015 0

1140 1.962 0.598018 71.39165 87.17775 0.001015 0.8189211050 5.886 1.794053 197.2664 87.17775 0.001015 2.2628071035 4.905 1.495044 162.0403 87.17775 0.001015 1.858734

1035.5 4.905 1.495044 162.1185 87.17775 0.001015 1.8596321033.5 5.886 1.794053 194.1665 87.17775 0.001015 2.227248

00,20,40,60,8

11,21,41,61,8

2

1000 1050 1100 1150 1200

T O R Q U E

RPM

-50

0

50

100

150

200

250

1000 1050 1100 1150 1200

P O T E N C I A

RPM


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30

CONCLUSIONES

1.- Se puede observar que en el extremo derecho de la curva la es mxima, el BHP esigual a cero lo mismo que el Torque. A medida que se van agregando las pesas eltorque va aumentando a medida que la va disminuyendo, lo que provocainicialmente una mayor preponderancia del Torque sobre la , hasta llegar a unmximo. Despus de haber llegado al punto mencionado la adquiere una mayorpreponderancia por lo que la volante comienza a detenerse, hasta que llegamos alpunto extremo de la izquierda donde la es igual a cero al igual que el BHP y elTorque ser el mximo posible.

2.- Conviene trabajar al lado derecho de la curva por hacer menor esfuerzo.

3.- Debemos ir aadiendo en forma ascendente, pero gradual las pesas al dinammetro,para evitar incremento brusco de la fuerza de friccin conllevando a ello el freno de lavolante, que se detendra por la saturacin.A mayor cantidad de pesas que se colocan se produce un mayor rozamiento y segenera ms calor.

4.- A menor nmero de revoluciones aumenta la potencia al Eje y el Torque,La potencia es una funcin del Torque que se aplica.En la medicin de potencia usando el freno Prony, se recomienda tomar las lecturasde los diferentes parmetros luego de un tiempo prudencial, ya que la fuerza derozamiento disminuye poco a poco las revoluciones de la volante.

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

1000 1050 1100 1150 1200

n t

rpm


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OBSEVACIONES Y RECOMENDACIONES

1.- Los puntos varan por errores de medicin del operario

2.- Antes de llegar a frenar la volante debe comenzarse a agregarse pesas pequeas enpeso para conseguir una mejor curva

3.- Agua estancada produce una disminucin en la potencia, en los clculos efectuadosse ha considerado a la sustancia de trabajo como agua pura.

4.- Las RPM registrada por el tacmetro son muy inestables por lo que se tuvo quemedir varias veces para sacar una especie de promedio en la lectura.

Esquema de una instalacin hidroelctrica

Se compone, en general, de cinco partes principales:

1.- El almacenamiento(lago artificial o natural, corriente de un ro embalsada orepresada) puede servir simultneamente para regular las aguas altas o para procurar

agua potable.2. Instalacin de toma con aliviadero.Aun cuando las turbinas hidrulicas sonrelativamente poco delicadas, hay que separar los cuerpos extraos de cierto volumen ylas grandes cantidades de impurezas. Los cantos rodados y anlogos se depositan en elembalse o en un sistema especial de retencin de guijarros ; la retencin de hielo,follaje, maderos y anlogos se realiza mediante un emparrillado de hierros planos, quees lo que se llama una rejilla, la cual debe mantenerse siempre limpia se puedendisponer, si es necesario, mquinas especiales para la limpieza de las rejillas , pues delo contrario se tendra una prdida de salto Innecesariamente elevada e Intensasolicitacin de la rejilla. A la entrada suele disponerse, adems, un dispositivo de cierre.

3. Conduccin.El sitio en que est situado el embalse puede distar varios kilmetros dela cmara de mquinas. En caso de un cierre repentino de la turbina se producen, enconducciones largas y cerradas violentos golpes de presin. Remedio : establecer unacmara de agua (1), es decir, un depsito alto, abierto por arriba, que, al parar la turbina,recoge el agua que por accin de la inercia sigue fluyendo al principio, con lo cual laaltura de la columna de agua puede variar en unos 10 a 20 m. La tubera de presin quese halla detrs de la cmara de agua debe ser comprobada en cuanto a su resistencia alos golpes de la regulacin, pese a que exista dicha cmara.

4. Turbina, provista frecuentemente de vlvulas de descarga o, en el caso de las ruedasPelton, de desviaciones del chorro.


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5. Instalacin de restitucin, generalmente no tan larga como la conduccin de aguasarriba y, en la prctica, siempre abierta. La velocidad a la salida debe ser pequea, al

objeto de que la formacin de torbellinos no dificulte el eventual trfico fluvial y de quelas orillas del ro no sean demasiado atacadas ; por ello es tambin necesario estudiarcuidadosamente la conformacin del aliviadero. Con avenidas permanece casi siempreinvariable el nivel de aguas arriba, mientras que sube el de aguas abajo. Por ello, en lasinstalaciones de baja presin se produce una prdida de salto proporcional que puedellegar a valer hasta un 33 % :cuando el caudal de agua utilizado no puede ser aumentadoponiendo en servicio turbinas de reserva, la potencia producida disminuye durante laavenida.

FIGURA N 0-1

BIBLIOGRAFIA

1)-MANUAL DE LABORATORIO

2)-KADAMBI and MONOHAR Turbomaquinaria Volumen 3, Limmusa,

Mxico, 1977

3)-VIEJO ZUBICARAYTurbinas, teora, Diseo y Aplicaciones Limmusa,

Mxico, 1977.

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