ENSAYOS DE TURBOMAQUINAS

LABORATORIO N2 ENSAYO DE UNA TURBINA PELTON1. objetivo general

Mostrar el funcionamiento de una turbina hidrulica y mediante mediciones experimentales determinar los parmetros que definen su rendimiento. Obtener datos en terreno para construir sus curvas caractersticas. Individualizar las caractersticas tcnicas que identifican a una turbina hidrulica.

2. objetivos especficos.

a) Identificar el tipo de turbina y sus partes constitutivas.b) Simular un salto hidrulico sobre la turbinac) Para un mismo salto efectuar mediciones de revoluciones, torque y carga.d) Construir las curvas caractersticas

3. introduccin terica.

La turbina hidrulica es una turbo mquina que extrae energa del fluido para convertirla en trabajo mecnico, el cual posteriormente ser transformado en energa elctrica mediante un alternador.

El principio terico de su funcionamiento esta basado fundamentalmente en el cambio de la cantidad de movimiento que se provoca entre la entrada y salida de la turbina.

Dicho cambio de cantidad de movimiento genera fuerzas sobre el contorno solido del rodete ocasionando un torque en el eje de la turbina.

Los elementos constitutivos de una turbina son anlogos a los de una bomba. Pero colocados en orden inverso, as por ejemplo existe el canal de llegada o tubera forzada y corresponde a la tubera de impulsin de una bomba. La caja espiral transforma presin en velocidad, en una bomba es velocidad en presin. Rodete, el movimiento del agua es al inverso que en una bomba.

En general las turbinas se pueden clasificar segn el grado de reaccin, de esta forma existen:

Turbinas de reaccin donde la presin a la entrada del rodete, es superior a la atmosfrica e inferior a la salida. El rodete est inundado.

Turbinas de accin, son de admisin parcial donde el rodete traba a presin constante Las turbinas Pelton corresponden a alas turbinas de accinLas turbinas Francis, Deriaz y Kaplan.

Lo anterior obedece a una clasificacin segn va cambiando insensiblemente la forma del rodete para adaptarse a las diferentes condiciones de servicio. Sin embargo la clasificacin ms precisa de las turbinas hidrulicas es segn su nmero especfico de revoluciones (Ns)

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: Nmero especfico

: Potencia til medida en el eje}

: Altura o salto neto

Peltn 1 chorro 2-34

Peltn 2 chorros 31-48

Peltn 5 chorro hasta 70

Francis lenta 70 - 50

Francis normal 150 - 250

Francis rpida 250 - 450

Hlice de alabes fijos 450 - 550

Kaplan 400 - 1100

Altura neta para el caso de una turbina, la altura neta sobre la turbina estar dado por Dnde:

Potencia, rendimiento: considerando la inversin de los fenmenos que en la turbina ocurren, comparado con una turbina centrifuga, es que se tendr.

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Donde

[ ]

( )

Donde

Dnde:

Dnde:

4.-FUNDAMENTO TEORICO

TURBINA PELTON : Este es el tipo de turbina de accin ms comn. Consta de un disco circular que tiene montados en su periferia unas paletas en forma de doble cuchara y de un inyector que dirige y regula el chorro de agua que incide sobre las cucharas, y que provoca as el movimiento de giro de la turbina. Se usa cuando la cada de agua es grande (alrededor de 80 m). La eficiencia est entre el 84 y 92%.

Las Turbinas Peltn inventada por Lester Allan Peltn (1824-1908) es el ms reciente desarrollo de las turbinas hidrulicas es utilizada en grandes saltos de agua. Bsicamente la rueda Peltn consiste en una serie de alabes perifricos alrededor de un disco (cucharas), la transferencia de energa se produce al ser inyectado el flujo de agua proveniente de 1 o varios inyectores hacia la cucharas.

Figura 1. Turbina de accin

Su alabe o cuchara tiene forma que le permite captar la energa del chorro

Figura#2Figura #3 dimensiones de la cuchara

Figura#4

Figura #5 Esquema de Modulo de Turbina Pelton

Curvas caractersticas

Al igual que en las bombas hidrulicas las curvas caractersticas se obtienen ensayando la turbina en un laboratorio. Existe el ensayo elemental y el ensayo completo

El ensayo de una turbina se hace manteniendo constante la altura neta de esta forma el ensayo elemental se logra manteniendo constante la apertura del distribuidor (inyector). La variable independiente es (n) rpm

Bajo estas condiciones se obtienen ( ) ( ) ( )El ensayo completo se obtiene experimentando la turbina con aperturas distintas del distribuidor, lograndopara cada una de ellas las curvas elementales indicadas.

4. Rendimiento

Para lograr un ensayo elemental se procede de la forma siguiente:

a) Reconocimiento del equipob) Modelos a utilizarc) Identificacin de las variables experimentalesd) Confeccin de una tabla experimentale) Fijar una altura netaf) Ejecutar las mediciones experimentalesg) Efectuar un anlisis de los valores tomados

MATERIALES E INSTRUMENTOS Banco de prueba de la Turbina Peltn. Bomba de agua. Manmetro. Tacmetro. Caudalimetro. 2 Romanas. Una correa de cuero. Pie de rey.

5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se llena el depsito del banco de prueba con agua. Luego se procede a poner en funcionamiento la bomba de agua que suministrara de agua a la turbina

Se fija el caudal en el caudalimetro.

Se da lectura a la presin en el manmetro. Se procede a frenar el eje del rodete con ayuda de la correa de cuero provista de romanas en

sus respectivos extremos

Setomaralecturadelasrespectivasfuerzasenlasromanas.

Se tomara lectura de las RPM del eje del rodete.

6. DATOS A MEDIR:Entonces caudal y presin constante.

Q = cteP = cte F2( N)RPM asumimos una presin de 12 Kg/cm2Presin real 0.2 Kg/cm2DATOS OBTENIDOS

Npp1P(Kg/cm2)P(Pa)Fuerza (N)n (RPM)Caudal L/min

1121177200553014.7

2121177200630014.7

3121177200719014.7

4121177200815014.7

Npp2P(Kg/cm2)P(Pa)Fuerza (N)n (RPM)Caudal L/min

1121177200542514.57

2121177200722014.57

3121177200810014.57

Npp3P(Kg/cm2)P(Pa)Fuerza (N)n (RPM)Caudal L/min

1121177200538014.57

2121177200728014.57

3121177200816014.57

DATOS CALCULADOS POR LAS FORMULAS ANTERIORES

Npp 1P(Kg/ cm2)P(Pa)Fuerz a (N)n (RPM)Cauda l L/minCaudal m3/swNuHnnt

1121177200553014.70.000245055.49983333.6513048298101200.961

2121177200630014.70.000245031.4152.4801315898101200.653

3121177200719014.70.000245019.89616671.8325416798101200.482

4121177200815014.70.000245015.70751.6534210598101200.435

Npp 2P(Kg/ cm2)P(Pa)Fuerz a (N)n (RPM)Cauda l L/minCaudal m3/swNuHnnt

1121177200542514.570.000242844.50458332.9279331198101200.778

2121177200722014.570.000242823.03766672.1218903598101200.564

3121177200810014.570.000242810.47166671.102280798101200.292

Npp 3P(Kg/ cm2)P(Pa)Fuerz a (N)n (RPM)Cauda l L/minCaudal m3/swNuHnnt

1121177200538014.570.000242839.79233332.6179166798101200.695

2121177200728014.570.000242829.32066672.7005877298101200.717

3121177200816014.570.000242816.75466671.7636491298101200.468

Datos para las graficas

Fuerza (N)n (RPM)Caudal L/minCaudal m3/swNuHnntP(W)

5.0000530.0014.70000.0002450555.49983.651398102.057.71784.80786138

5.5000415.0014.70000.0002450543.45743.144998102.049.71354.80786138

6.0000300.0014.70000.0002450531.41502.480198102.039.20454.80786138

6.5000245.0014.70000.0002450525.65562.194298102.034.68514.80786138

7.0000190.0014.70000.0002450519.89621.832598102.028.96784.80786138

7.5000170.0014.70000.0002450517.80181.756898102.027.76994.80786138

8.0000150.0014.70000.0002450515.70751.653498102.026.13644.80786138

GRAFICAS( )( )

( )

7. CONCLUSIONES

La Potencia Hidrulica versus RPM se ve claramente que la Potencia se mantiene constante a para las diferentes RPM que se hicieron en el ensayo.

Debido a las prdidas del sistema se tiene eficiencias bajas. Torque es inversamente proporcional a las revoluciones esto debido a que cuanto mas pesas se colocaban en el dinammetro la fuerza de friccin era mayor, esta friccin conlleva a frenar a la polea unida a la turbina.

Se ve en el proceso de los clculos que la Potencia Agua es mayor que la Potencia del Rodete y esto es mayor que la potencia del Frenado. Se logr determinar las curvas de funcionamiento de la turbina aproximadamente.

5. Bibliografa

Claudio Mataix, Mecnica de fluidos y Maquinas hidrulicas, Edit. Harla V. Streeter, Mecnica de fluidos, Edit. Mc. Graw - Hill

LABORATORIO N3

CURVAS CARACTERISTICAS DE UN VENTILADOR CENTRIFUGO

1. OBJETIVOS:

Construir las curvas caractersticas para un ventilador centrifugo. Obtencin de la curva de presin total en funcin del caudal. Obtencin de la curva de la potencia consumida en funcin del caudal. Obtencin de la curva de rendimiento del ventilador en funcin del caudal. Determinar el comportamiento de un ventilador centrfugo a diferentes condiciones de funcionamiento. Entender los parmetros e interpretar los datos obtenidos en el laboratorio.

2. FUNDAMENTO TERICO

En los ventiladores centrfugos la trayectoria del fluido sigue la direccin del eje del rodete a la entrada y est perpendicular al mismo a la salida. Si el aire a la salida se recoge perimetralmente en una voluta, entonces se dice que el ventilador es de voluta.

Estos ventiladores tienen tres tipos bsicos de rodetes:

1. labes curvados hacia adelante,2. labes rectos,3. labes inclinados hacia atrs/curvados hacia atrs.

Los ventiladores de labes curvados hacia adelante (tambin se llaman de jaula de ardilla) tienen una hlice o rodete con las labes curvadas en el mismo sentido que la direccin de giro. Estos ventiladores necesitan poco espacio, baja velocidad perifrica y son silenciosos. Se utilizan cuando la presin esttica necesaria es de baja a media, tal como la que se encuentran en los sistemas de calefaccin, aire acondicionado o renovacin de aire, etc. No es recomendable utilizar este tipo de ventilador con aire polvoriento, ya que las partculas se adhieren a los pequeos labes curvados y pueden provocan el desequilibrado del rodete.

Estos ventiladores tienen un rendimiento bajo fuera del punto de proyecto. Adems, como su caracterstica de potencia absorbida crece rpidamente con el caudal, ha de tenerse mucho cuidado con el clculo de la presin necesaria en la instalacin para no sobrecargarlo..

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Los ventiladores centrfugos radiales tienen el rodete con los labes dispuestas en forma radial. La carcasa est diseada de forma que a la entrada y a la salida se alcanzan velocidades de transporte de materiales. Existen una gran variedad de diseos de rodetes que van desde los de "alta eficacia con poco material" hasta los de "alta resistencia a impacto". La disposicin radial de los labes evita la acumulacin de materiales sobre las mismas. Este tipo de ventilador es el comnmente utilizado en las instalaciones de extraccin localizada en las que el aire contaminado con partculas debe circular a travs del ventilador. En este tipo 'de ventiladores la velocidad perifrica es media y se utilizar en muchos sistemas de extraccin localizada que vehicular aire sucio o limpio.

Los ventiladores centrfugos de labes curvados hacia atrs tienen un rodete con las labes inclinados en sentido contrario al de rotacin. Este tipo de ventilador es el de mayor velocidad perifrica y mayor rendimiento con un nivel sonoro relativamente bajo y una caracterstica de consumo de energa del tipo "no sobrecargable". En un ventilador "no sobrecargable", el consumo mximo de energa se produce en un punto prximo al de rendimiento ptimo de forma que cualquier cambio a partir de este punto debido a cambios de la resistencia del sistema resultar en un consumo de energa menor. La forma de los labes condiciona la acumulacin de materiales sobre ellas, de forma que el uso de estos ventiladores debe limitarse como se indica a continuacin:

labes de espesor uniforme: Los labes macizos permiten el trabajo con aire ligeramente sucio o hmedo. No debe emplearse con aire conteniendo materiales slidos ya que tienen tendencia a acumularse en la parte posterior de los labes.

labes de ala portante: Las labes de ala portante permiten mayores rendimientos y una operacin ms silenciosa. Los labes huecos se erosionan rpidamente y se pueden llenar de lquido si la humedad es alta, por ello su uso queda limitado a aplicaciones en las que se manipule aire limpio.

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3. EQUIPOS E INSTRUMENTOS

Ventilador centrifugo Motor elctrico Amperimetro Regulador de compuerta Contador de revoluciones ( Tacmetro) Voltimetro

TRABAJO A REALIZAR

A igual que para el caso de las curvas caractersticas de una bomba , la determinacin de las curvas del ventilador de ensayo requiere porder ir imponiendo distintos valores de caudal ; ello se puede conseguir maniobrando oportunamente con el cono regulador de salida , pues a cada grado de resistencia aerodinmica en el circuito le corresponde un determinado valor de caudal de aire que hace que se equilibre la energa especifica suministrada por la maquina (presin total)con la energa especifica demandada por el circuito. Para cada punto de funcionamiento se habran de tomar las medidas correspondientes a los instrumentos , que son:

-Presion diferencial Pd indicada por el manometro inclinado conectado al tubo de pitot

-Presion estatica Ps en el manometro en U aguas abajo del ventilador. Potencia activa indicada por el vatmetro.Estas medidas se consignaran en una tabla de datos segn el formato del anexo .Puede considerarse suficiente la obtencin de 12 o 15 puntos de funcionamiento , procurando que queden razonablemente distribuidos por todo el rango de caudales , es decir entre 0 y el valor mximo. Para ello puede tomarse como referencia de caudal a la indicacin del manometro diferencial inclinado , teniendo en cuenta la curva de calibracin de la figura 2. En el caso de que la lectura de alguna variable sea fluctuante se asignara un valor promedio dentro del rango de variacin. Asi mismo a cada valor se le estimara un intervalo de incertidumbre (definido como el intervalo en que la probabilidad de encontrarse el valor real sea del 95%

El ventilador se arrancara al comienzo del ensayo y se apagara tras completar las medidas, accionando los correspondientes pulsadores del cuadro de control del motor elctrico.

Tambien se apagara el vatmetro

Posteriormente se procesaran los datos recogidos para calcular los correspondientes valores del caudal , presin total y rendimiento , segn las expresiones 19 , los cuales formaran los puntos de cada una de las curvas caractersticas , y se evaluara la velocidad especifica de la maquina

EXPOSICION DE RESULTADOS

-Se elaborara un informe de la practica que incluir:

Datos recogidos en el banco de ensayos en las unidades pertinentes :potencia consumida (KW), presin diferencial en manometro inclinado (mm c H2O), presin a la salida del ventilador (mm cH2O) , velocidad de accionamiento (rpm) , presin atmosfrica y temperatura ambiental, etc

-Operaciones necesarias para la obtencin de las variables de funcionamiento el ventilador : caudal (m3/s), presin total (Pa) , potencia absorbida (KW) y rendimiento(%) , las cuales se expondrn en una tabla de resultados.-Representacion graca de las curvas de presin total , potencia y rendimiento en funcin del caudal del ventilador , manualmente sobre papel milimetrado o por medio de una hoja de calculo de ordenador, utilizando para ello las escalas adecuadas que permitan una correcta interpretacin de los resultados ( a modo de ejemplo lafigura 4 se recogen curvas caractersticas de un ventilador centrifugo tpico)

-Asignacion de incertidumbre a los resultados obtenidos.

-Velocidad especifica del ventilador.

-Comentarios sobre las curvas caractersticas obtenidas y su adecuacin a las esperables para el tipo de maquina.

RuidoEntradaSalida

ACVLRPM%