Informe Turbina Banki Cristopher

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1. Objetivo Observar el funcionamiento de una turbina Banki. Simular un sistema de producción de energía hidroeléctrica utilizando una turbina Banki, un generador de C.A. y un control de carga. 2. Introducción En este laboratorio se analizará el comportamiento de las turbinas Banki, ya que son turbinas de bajo caudal y baja presión, por lo que se pueden encontrar en fincas en donde se cuente con ríos. Las turbinas Banki se encuentran en la clasificación de turbinas de acción. Las turbinas de acción son las turbinas que en las que el agua sale de un distribuidor a una velocidad correspondiente a la caída de presión disponible, y pasa por los conductos entre los alabes no movibles. La turbina Banki fue creada por un ingeniero australiano en 1903, pero duen patentada por un profesor húngaro llamado Donat Banqui entre e1917 y 1919. Son turbinas de funcionamiento muy simple; ya que consta con un eje posicionado horizontalmente, el cual está apoyado en rodamientos y alrededor de la circunferencia tiene alabes, los cuales son impacta dos por el chorro de agua que producen el giro de la rueda. Las turbinas Banki aprovechan doblemente el agua ya que el agua sale del inyector y choca contra la superficie de los alabes del rotor, pasa en medio de estas e impacta

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1. ObjetivoObservar el funcionamiento de una turbina Banki. Simular un sistema de produccin de energa hidroelctrica utilizando una turbina Banki, un generador de C.A. y un control de carga. 2. IntroduccinEn este laboratorio se analizar el comportamiento de las turbinas Banki, ya que son turbinas de bajo caudal y baja presin, por lo que se pueden encontrar en fincas en donde se cuente con ros.Las turbinas Banki se encuentran en la clasificacin de turbinas de accin. Las turbinas de accin son las turbinas que en las que el agua sale de un distribuidor a una velocidad correspondiente a la cada de presin disponible, y pasa por los conductos entre los alabes no movibles.La turbina Banki fue creada por un ingeniero australiano en 1903, pero duen patentada por un profesor hngaro llamado Donat Banqui entre e1917 y 1919. Son turbinas de funcionamiento muy simple; ya que consta con un eje posicionado horizontalmente, el cual est apoyado en rodamientos y alrededor de la circunferencia tiene alabes, los cuales son impacta dos por el chorro de agua que producen el giro de la rueda.Las turbinas Banki aprovechan doblemente el agua ya que el agua sale del inyector y choca contra la superficie de los alabes del rotor, pasa en medio de estas e impacta nuevamente a la salida en el otro lado, por lo que se generan eficiencias hasta del 82%.Las turbinas Banki estn constituidas por una carcasa, un inyector o reductor, un rodete con sus alabes curvos, palas directrices las cuales direccionan el chorro hacia el rodete, y un tubo de descarga.

Figura 1. Turbina Banki

En este laboratorio se utiliz un conjunto de bombas las cuales mueven un caudal de agua hasta una turbina Banki, la misma convierte la energa potencial mecnica de una masa de agua a velocidad para convertirla en trabajo mecnico. En este laboratorio se realizaron dos pruebas; la primera consisti en aumentar la potencia disipada por los bombillos y de esta forma aumentar el observar el comportamiento del voltaje; se toman los datos de torque, velocidad angular y presiones diferencial y esttica para encontrar los datos de caudal y eficiencia, todo esto con control de carga. Mientras que en la segunda prueba se hace lo mismo, se obtienen los mismos datos que en la primera prueba, pero en esta ocasin sin utilizar el control de carga para concluir discutiendo el efecto de su uso en el funcionamiento de las turbinas Banki.

3. Equipo Utilizado Turbina Banki Dos bombas centrifugas marca Buffalo Forge Company de 1750 revoluciones por minuto y 300 galones por minuto. Dos motores trifsicos marca siemens de 5.595 watts de potencia con variador de frecuencia y su respectivo panel de control. Generador elctrico de 7,5 kW y de 1800 RPM. Manmetro diferencial. Orificio calibrado Tacmetro. Dinammetro. Bombillos de 60 y 150 watts. Controlador de carga Manmetro de Bourdon. Tanque almacenamiento de agua.

4. Procedimiento1. Conectar los cables de control y de potencia del motor N 1 y N 2 al panel N 2.2. Conectar el cable de excitacin del generador al panel de control N 3.3. Cerciorar que las bombas centrifugas estn conectadas en serie y alimentando la turbina.4. Cerciorar de que el generador est alimentando el panel donde se simula un consumidor de la energa que se va a producir5. Comprobar que el control de carga est conectado en paralelo con las lneas de alimentacin que llegan del generador6. Comprobar que la carga pasiva se encuentre conectada al sistema7. Poner la excitacin del generador en un 40 % ( buscando la tensin ms alta posible)8. Poner las bombas a funcionar en la posicin ( 1630 RPM)9. Poner una carga de 60 W ( bombillo) entonces tome lecturas de tensin, velocidad de la turbina, torque, cada de presin en el orificio calibrado y presin esttica a la entrada de la turbina10.

5. Datos experimentalesEn la primera tabla se muestran algunas de las constantes dadas por el profesorTabla 1: Datos tericos de la prcticaDatos tericosValores

Coeficiente de descarga 0.615

Densidad H2O1000kg/m3

Gravedad9.8m/s2

Dimetro interno de turbina102mm

Dimetro interno tubera orificio124.6mm

Dimetro orificio interno55.88mm

Fuente: Laboratorio de TurbomquinasEstos datos son los que han sido utilizados para las pruebas anteriores, y fueron brindados por el profesor.Tabla 2: Datos experimentales de torque, velocidad angular, presin diferencial y presin total del sistema para variando la potencia disipada por los bombillos con control de carga Potencia de cargaTorqueVelocidadPresin diferencialPresin EstticaTensin generada

(W)(Nm)(rpm)(mmHg)(Bar)(V)

06,9806,16270,884

607,2786,26370,880

1208,5761,26300,876

1807,9710,66300,870

2108,3684,86250,866

2708,55643,56310,863

3008,8620,26350,860

3609,2610,56420,857

4209,45876470,855

4809,6569,36490,853

63010,25306400,848

Fuente: Laboratorio de TurbomquinasLos datos de torque los dio el profesor y estos salieron de pruebas realizadas anteriormente, as como tambin de simulaciones; al igual que el dato anterior se tiene la presin diferencial, debido a que las tomadas durante la prueba con el manometro diferencial estaban errneas mientras que el dato de velocidad angular se tom con un tacmetro y la presin esttica con un manmetro de Bourdon.Tabla 3: Datos experimentales de torque, velocidad angular, presin diferencial y presin total del sistema para variando la potencia disipada por los bombillos sin control de carga Potencia de cargaTorqueVelocidadPresin diferencialPresin EstticaTensin generada

(W)(Nm)(rpm)(mmHg)(Bar)(V)

06,4818,26260,882

606,9790,86420,880

1207,3760,16390,876

1807,7725,26210,872

2108692,16370,869

2708,2633,76280,862

3008,6625,76250,860

3609601,66430,857

4209,3586,76480,855

4809,5558,86460,853

63010528,46400,846

Fuente: Laboratorio de TurbomquinasLos datos de torque y presin diferencial los dio el profesor y estos salieron de pruebas realizadas anteriormente, as como tambin de simulaciones; el dato de velocidad angular se tom con un tacmetro y la presin esttica con un manmetro de Bourdon.

6. Resultados experimentalesTabla 4: Resultados experimentales de caudal, potencia de entrada, potencia de salida, y eficiencia de la turbina variando la potencia disipada con control de cargaPotencia de cargaCaudalPotencia de entradaPotencia de salidaEficiencia

(W)(m3/s)(W) (W)(%)

00,01951559,28582,4637,35

600,01971571,67592,7837,72

1200,01951563,01677,5643,35

1800,01951563,01587,8737,61

2100,01951556,80595,2138,23

2700,01961564,25576,1636,83

3000,01961569,20571,5436,42

3600,01971577,83588,1737,28

4200,01981583,96577,8236,48

4800,01981586,40572,3236,08

6300,01971575,37566,1135,94

Potencia de cargaCaudalPotencia de entradaPotencia de salidaEficiencia

(W)(m3/s)(W) (W)(%)

00,01951558,04548,3635,20

600,01971577,82571,4136,21

1200,01971574,13581,0636,91

1800,01941551,80584,7637,68

2100,01971571,66579,8136,89

2700,01951560,52544,1634,87

3000,01951556,79563,5036,20

3600,01971579,05566,9935,91

4200,01981585,18571,3836,05

4800,01981582,73555,9235,12

6300,01971575,36553,3435,12

Tabla 5: Resultados experimentales de caudal, potencia de entrada, potencia de salida, y eficiencia de la turbina variando la potencia disipada sin control de carga

Los datos anteriores fueron calculados con los datos de las tablas 1, 2 y 3 en conjunto con las frmulas de laboratorio de Mecnica de Fluidos las cuales se presentan seguidamente:Caudal: Ecuacin (1)Potencia de entrada: Ecuacin (2)H: cada de presinPotencia de salida: Ecuacin (3)Eficiencia: Ecuacin (4)7. Conclusiones Se pudo observar el funcionamiento de una turbina Banki generando energa. Se realizaron dos pruebas distintas para observar el comportamiento de la turbina Banki, la primera fue aumentando la potencia disipada por los bombillos con control de carga y la segunda fue aumentando la potencia disipada por los bombillos, pero en este caso sin control de carga. Observando los rangos de eficiencias los cuales son [35,94-43,35] con control de carga y de [34,87- 37,68] se concluye que utilizando el control de carga se obtienen mejores eficiencias. Los valores de tensin variaron de forma similar para ambas pruebas, por lo que queda la incertidumbre de la variabilidad de la tensin utilizando o no el control de carga, sin embargo lo esperado era que utilizndolo la tensin variara menos. Debido a que hay dos datos agregados a la prueba, los cuales son el Torque y la presin diferencial, hace que exista un error no rastreable, aun cuando estos datos fueron sacados de pruebas anteriores y de simulaciones.