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• Jose Lezama Palomino

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, INFORMÁTICA Y MECÁNICA. ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA.

TEMA: DISEÑO DE UNA TURBINA TUBULAR AXIAL DE 31 KW DE POTENCIA DOCENTE: ING. ALFONSO JESUS HUAMAN VELANCIA ALUMNOS: LEZAMA PALOMINO JOSE ANGEL

CUSCO-PERU

091569

INTRODUCCION Trantandose de energía hidráulica las turbinas tienen un papel importante por el intercambio de energía que brinda, no se tiene referencia quien y cuando se aprovecho por primera vez la fuerza y energía que posee una corriente de agua. La constante evolución y de el desarrollo en cuanto al uso, no solo de la energía gravitacional sino a la variación de la cantidad de movimiento significo el aumento cada vez mayor de la velocidad de rotación y de su eficiencia con el fin de conseguir potencias especificas mas altas, lo que permitiría generación eléctrica a mas bajo costo. Con la evolución de la tecnología de la transmisión eléctrica, se inicio el desarrollo de las plantas hidroeléctricas. Varias ventajas de las turbinas axiales tubulares es la característica de no necesitar de cámaras espiral, otra particularidad es que la disposición horizontal o casi horizontal del eje reduce las dimensiones en sentido vertical y por tanto las excavaciones. Además, el ducto rectilíneo de alimentación y de desfogue reduce al mínimo las perdidas de energía en el flujo. El rendimiento de esta turbina tubular, es tan satisfactorio como el de una Kaplan, sobre todo en aquellos casos en los que se disponen alabes directores ajustables también. Así la curva de rendimiento se mantiene casi plana, aun nivel aproximado al 90%, una vez identificado el diámetro D, del rodete es posible realizar un dimensionamiento preliminar de la misma planta referido a dicho diámetro, lo cual reduce el tiempo invertido en el diseño y permite evaluar rápidamente el costo del proyecto.

Definición de una Turbina Hidráulica. Una maquina hidráulica es un dispositivo capaz de transformar la energía del fluido (hidráulica) en energía mecánica, dicha trasformación energética es posible debido a que el fluido intercambia energía con el elemento mecánico de revolución que gira alrededor de su eje de simetría (rodete), el cual está previsto de alabes, de forma que entre ellos existen canales por donde circula el fluido

Generalidades de las Turbinas de Reacción. Este tipo de turbinas constan de una cámara espiral que se encarga que el agua llegue a la periferia del rodete, donde el agua sale con una cierta presión que va disminuyendo a medida que el agua atraviesa los alabes del rodete de tal forma que a la salida pueda ser nula. En estas turbinas el agua circula a presión en el distribuidor y en el rodete, por ello la energía potencial del salto se transforma en energía cinética y energía de presión, después de recibir la transformación de energía hidráulica en mecánica en el rodete pasa al tubo de aspiración generando una depresión para salir a la atmosfera.

Turbinas Tubulares Turbina que tiene un rodete tipo Kaplan y un distribuidor tipo Fink adaptado al flujo axial, en vez de la cámara espiral posee una carcasa cilíndrica o también de forma tronco cónica de sección convergente. Su característica principal es la extensión del eje de la turbina hasta la sala de máquinas para que accione el generador. Esta turbina llamada también tipo “S” es aplicada a bajas caídas y además puede tener álabes fijos o regulables. En el caso de que el rodete posea álabes fijos se le denomina a veces turbina de hélice

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Diseñar una turbina axial tubular de pontencia de 57 KW con los datos dados en el curso, logrando aprender paso a paso el diseño general de turbinas incluyendo en este el diseño hidráulico y mecanico correspondiente aprovechando herramientas digitales como Solidwork.

OBJETIVOS ESPECIFICOS - Calcular los valores de la potencia y velocidad especifica del modelo de turbina axial tubular a partir de 57 KW. - Crear la necesidad de elaborar proyectos de contornos sencillos que puedan ser utilizados por países en vías de desarrollo. - Ver la diferencia especifica que tiene con un Kaplan y ver como la ausencia de la carcasa en caracol disminuye la fabricación de esta esta turbina.

DISEÑO HIDRAULICO El proyecto de diseño de la turbina axial tubular, tiene como propósito plantear la utilización más eficiente de los recursos hidráulicos con un bajo costo económico de fabricación y materia prima. Para un correcto diseño de dicho modelo de turbina Francis nos a basamos en las leyes de semejanza hidráulica. La eficiencia y el costo están relacionadas en el desarrollo del diseño hidráulico y mecánico de la turbina.

1.- Potencia de Turbina (P) 𝑃(𝐻𝑃) =

1000𝑥𝑄𝑥𝐻𝑥𝑁𝑡 76

𝑃(𝐾𝑊) =

P = Potencia (Hp) Q = cauldad (m3/s) H = Altura de salto (m) Nt = rendimiento de la turbina 1000 = cantidad de liquido 75 = proviene de la equivalencia de (HP)

1000𝑥𝑄𝑥𝐻𝑥𝑁𝑡 76𝑥1.340

Datos : Q = 0.4 m3/s H = 10 m Nt = 0.8 𝑃(𝐻𝑃) =

1000𝑥0.4𝑥10𝑥0.8 = 42 76

2.- NUMERO ESPECÍFICO (NS)

NS =

NS =

𝒏 √𝑷 𝟒

𝑯 √𝑯 𝒏√𝟒𝟐 𝟒

𝟏𝟎 √𝟏𝟎

NS = n0.36

𝑃(𝐾𝑊) =

1000𝑥0.4𝑥10𝑥0.8 = 31.4 76𝑥1.340

Según la tabla el valor para el n seria 450 NS =

162 RPM

3.- DISEÑO DE LOS DIAMETROS PRINCIPALES Se calcula los diámetros del rodete - DIAMETRO DEL TUBO DE ASPIRACION (D3) 4𝑄 𝐷3 = 1000√ 𝜋𝐶3 D3 = Diametro en el tubo de aspiración, en mm Q = caudal m3/s H = altura del salto m C3 = velocidad de salida m/s Para hallar c3 : 2𝑥𝐺𝑥𝐾𝑐𝑥𝐻 𝑐3 = √ 100

C3 = velocidad de salida m/s G = gravedad 9.8 m/s2 H = altura de salto Kc = constante , 30% tubular

2𝑥9.8𝑥30𝑥10 𝑐3 = √ 100 C3 = 5.93 m/s

4𝑥0.4 𝐷3 = 1000√ 𝜋𝑥5.93 𝐷3 = 293.06 mm -

DIAMETRO DEL RODETE (D2)

Para calcular el diámetro externo del rodete se utiliza la ecuación D2 = 0.98 D3

Donde: D2 = diámetro del rodete mm D3 = diámetro del tubo de aspiración, D2 = 287.19 mm -

DIAMETRO DEL CUBO DEL RODETE (DN)

Para calcular se utiliza esta ecuación

Dn= 244.46992 mm

-

DIAMETRO MEDIO DEL RODETE

D1 = 265.82 mm

- ANCHO DE LA RUEDA DIRECTRIZ (BO)

La sección libre de salida debe ser mayor que la superficie de entrada en el rodete.

Cm1 = 17.93 m/s B0 = 33.81 mm - CALCULO DEL NUMERO DE ALABEZ (Z)

z = 7.9 ALABE