Informe Turbo

5/20/2018 Informe Turbo

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Turbinas Pelton

Las dimensiones de las cucharas y su nmero dependen del dimetro de chorro que incide sobre

ellas, cuanto menor sea este el dimetro, ms pequeas sern las cucharas y mayor nmero de

ellas se situaran en el rodete. El nmero de alabes suele ser de 17 a 26 por rueda depende de la

velocidad especifica de la rueda.

Alta velocidad especifica el nmero de alabes es menor, si la velocidad especifica del chorro es alta

requiere mayor gasto o caudal, exige alabes de mayor tamao y caben menos en la rueda. El

espacio requerido por alabe suele estar entre 1.4 Do y 1.6 Do, siendo Do el dimetro del chorro. El

valor del coeficiente depende de la alta velocidad especfica del chorro; para una alta velocidad

especfica el coeficiente ser menor.

( )

Dp: Dimetro de la rueda pelton al punto central de la incidencia de chorro.

Turbinas Francis

Constituidos por un cierto nmero de paletas o alabes que oscilan entre 16 y 21, y que dependen

del tipo de construccin.

Z: nmero de alabes.


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Turbinas Kaplan

Numero de alabes oscila entre 6-7, ms conviene que sea un numero par para conservar el

balanceequilibrio en la turbina.

Dnde:

t: paso, seccin de entrada del agua entre dos alabes por unidad de altura del alabe.

De: Dimetro nominal exterior de las palas.


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Turbinas de Accin y Reaccin

Las turbinas de accin o de impulso son aquellas a las que el fluido de trabajo no sufre un cambio

de presin importante en su paso por el rodete, el agua sale del distribuidor a presin atmosfrica

y llega al rodete con la misma presin. Toda la energa potencial se transforma en energa cintica.

Turbina Pelton: Son turbinas de flujo transversal, y de admisin parcial. Directamente de la

evolucin de los antiguos molinos de agua, y en vez de contar con labes o palas se dice que tienecucharas. Estn diseadas para trabajar con saltos de agua muy grandes, pero con caudales

pequeos.

Turbina Ossberger / Banki / Michell: La turbina OSSBERGER es una turbina de libre desviacin, de

admisin radial y parcial. Debido a su nmero especfico de revoluciones cuenta entre las turbinas

de rgimen lento. El distribuidor imprime al chorro de agua una seccin rectangular, y ste circula

por la corona de paletas del rodete en forma de cilindro, primero desde fuera hacia dentro y, a

continuacin, despus de haber pasado por el interior del rodete, desde dentro hacia fuera.

Turbina Turgo: es una turbina hidrulica de impulso diseada para saltos de desnivel medio. El

rodete de una Turgo se parece a un rodete Pelton partido por la mitad. Para la misma potencia, el

rodete Turgo tiene la mitad del dimetro que el de un rodete Pelton y dobla la velocidad

especfica.


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Las turbinas de reaccin son aquellas en las que el fluido de trabajo si sufre un cambio de presin

importante en su paso a travs del rodete, el agua sale del distribuidor con una presin que va

disminuyendo a medida que el agua atraviesa los alabes del rodete. El agua circula a presin en el

distribuidor y rodete por lo tanto la energa potencial de salto se transforma parte en energa

cintica y otra en energa de presin.

Turbina Kaplan: son turbinas axiales, que tienen la particularidad de poder variar el ngulo de sus

palas durante su funcionamiento. Estn diseadas para trabajar con saltos de agua pequeos y

con grandes caudales.

Turbina Hlice: son exactamente iguales a las turbinas kaplan, pero a diferencia de estas, no son

capaces de variar el ngulo de sus palas.

Turbina Francis: Son turbinas de flujo mixto y de reaccin. Existen algunos diseos complejos que

son capaces de variar el ngulo de sus labes durante su funcionamiento. Estn diseadas para

trabajar con saltos de agua medios y caudal medios.


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Dimetro Econmico

Al bombear un caudal Q a la altura Hg, utilizar un dimetro pequeo disminuye los costos de

instalacin, pero aumenta la velocidad del agua, lo que ocasiona mayores prdidas Hr en la

caera. Por lo tanto, la bomba necesaria deber tener una capacidad mayor, con el consecuente

aumento del costo de adquisicin y del gasto en energa durante su operacin.

Entonces, es posible percibir que el costo total de un sistema de bombeo estar dado por:

En esta ecuacin, el primer trmino representa el costo de instalacin de la tubera, que es

proporcional a la longitud y al dimetro (aunque no linearmente). Por lo tanto:

Donde p es en costo por metro de la tubera instalada; D el dimetro de la tubera; es un

exponente que expresa la no linearidad entre el costo de la conduccin y el dimetro; L la longitud

de la conduccin y a la tasa de amortizacin.

La tasa de amortizacin puede ser calculada a travs de la siguiente ecuacin:

Esta ecuacin se utiliza para calcular la amortizacin de una inversin a lo largo de los t aos tiles

de la instalacin, al tipo de inters real.

El valor del coeficiente a fue estudiado por diversos autores y resultando en los siguientes valores

condensados en la tabla 3.1.

El segundo trmino de la (1) tiene en cuenta el costo anual de explotacin, que se obtiene de la

multiplicacin entre la potencia P de la bomba, por el nmero de horas de funcionamiento (n) y

por el precio unitario de la energa (s). Entonces, este trmino se podr calcular a travs de la


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siguiente expresin:

Dnde:

h: presin al final de la tubera

Hr: Prdida de carga

h: rendimiento del conjunto motor - bomba

n: nmero de horas diarias de funcionamiento de la estacin de bombeo

s: costo de la energa, por kwh

Dado que Hg y h son independientes del dimetro, ellos no aparecern en la derivada de la (4).

Para calcular las prdidas en la conduccin puede utilizarse la ecuacin de de Darcy-Weissbach:

Donde, por continuidad, V2vale:

Reemplazando estos valores en la (4) se obtiene:

El tercer trmino de la (1) se refiere al costo de instalacin de la bomba y que, junto con el primer

trmino de dicha ecuacin, son los nicos incluidos por Bresse en su frmula. En este trabajo se

sigui la concepcin de Mendiluce-Melzer-Viber y Prevedello de considerar que la variacin del

costo de la bomba entre las distintas alternativas es despreciable en funcin de las incertezas

asociadas.Reemplazando las ecuaciones (2) y (7) en la (1) y despreciando el trmino del costo de la bomba,

resulta:


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Derivando la expresin (8) con respecto al dimetro e igualando a cero, se obtiene el valor del

dimetro que hace mnimo el costo.

Para asegurar que se trataba de un mnimo, se debe verificar que la segunda derivada sea positiva.

Esta condicin est asegurada siempre y cuando el parmetro a sea positivo, lo que siempre es as

en la prctica, pues el costo de la conduccin crece con el dimetro.

Por lo tanto, la expresin de la derivada igual a cero es la siguiente:

Utilizando la frmula de Colebrook, mostrada en (10), utiizada para el clculo de friccin en

tuberas con rgimen turbulento, el coeficiente f dado por la ecuacin (11) y la expresin del

nmero de Reynolds, mostrada en (12), se llega a la expresin buscada, que se muestra en (13):


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Espesor: Cedula o Schedule

Calculo del espesor de una tubera

Dnde:

e: espesor de tubera (mm, pulg)

P: presin ejercida por el fluido (kgf/cm2

, psi)

r: radio exterior (cm, pulg)

: Esfuerzo permisible del material (kgf/cm2, psi)

La cdula en los tubos de acero se refiere a la medida del grosor o espesor del tubo que forma

parte de una tubera. Al mismo tiempo, la cdula depender del uso que se le vaya a dar a la

tubera, del material que vaya a transportar y la intensidad y frecuencia de dicho transporte.


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Existen algunas cdulas en tubos de acero que son las ms utilizadas en la industria, estas son:

- Cdula 40: La ms utilizada en tuberas de transporte de agua.

- Cdula 80: Utilizada en tuberas de alta presin.

Dependiendo del uso que se le vaya a dar a la tubera se deber elegir la cdula adecuada. Por

ejemplo, si queremos transportar gas u otros fluidos de alta presin y utilizamos tubos con una

cdula de menor capacidad se puede producir desde una simple fuga hasta una explosin.

Tambin para efectos de diseo estructural es importante tomar en cuenta la cdula en tubos de

acero. Como sabemos, la cdula se refiere al grosor o espesor del tubo as que si tenemos un

espacio reducido en una construccin y queremos meter en l una tubera demasiado gruesa

podra no caber, provocar daos estructurales o simplemente frenar la construccin.

Los tamaos estndar de tubera comercial fueron definidos originalmente por la Asociacin

Americana de Estndares (ASA), ahora conocida como ANSI. Los tubos fueron identificados por sus

tamaos nominales. La ASA tambin estableci diversas categoras para los tubos de acuerdo con

la presin de servicio a la cual se puede someter la tubera. Esta categora se denominan

Schedules; la nomenclatura Schedule est relacionada con la resistencia de la tubera y por tanto

con el espesor de la pared.


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Cavitacin

Es la formacin de bolsas localizadas de vapor dentro de lquidos, pero casi siempre en las

proximidades de las superficies slidas que limita el lquido. La cavitacin es una vaporizacin local

del lquido, indicado por una reduccin hidrodinmica de la presin.

Este fenmeno se caracteriza por la formacin de bolsas (vapor y gas) en el interior y junto a los

contornos de una corriente fluida en rpido movimiento.

Cuando se baja la presin sobre un lquido manteniendo constante su temperatura, siempre se

llega a una presin a la cual el lquido empieza hervir, dicha presin; se llama presin de vapor o

presin de vaporizacin.

Es la generacin y posterior implosin de burbujas de vapor de agua producto de un cambio de

velocidades en el fluido que implican cambios de presin hidrulica en el sistema.

La burbuja es generada cuando la presin baja a los niveles de presin de vapor del fluido y se

produce implosin cuando dicha burbuja se encuentra nuevamente con zonas de mayor presin.

NPSH de una bomba es el exceso necesario de presin por encima de la presin de vapor del

lquido para evitar la cavitacin. Este exceso se denomina NPSH requerido.

Antes de utilizar este valor, se debe calcular la NPSH disponible (energa disponible sobre la

presin de vapor del lquido en la succin de la bomba) de la lnea de aspiracin en las condiciones

normales de utilizacin. Esta cifra de NPSH disponible debe ser mayor o igual que la requerida,

para calcular la NPSH disponible se utiliza la siguiente formula:


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En la figura anterior se puede observar la tabla de donde se obtiene el valor de NPSH requerido en

funcin de la velocidad de la bomba, a mayor velocidad de la bomba mayor NPSH requerido se

debe tener, como se establece en la formula anterior el NPSH disponible es independiente del

valor de la velocidad de la bomba por lo que se mantiene constante; al haber mayor NPSHrequerido que el disponible las probabilidades que se presente el fenmeno de cavitacin

incrementan.

Lo que se concluye que a mayor velocidad de bomba mayor es la posibilidad que la bomba se

desarrolle cavitacin.

Generador Sncrono y Asncrono

El generador sncrono es un tipo de mquina elctrica rotativa capaz de transformar energa

mecnica (en forma de rotacin) en energa elctrica. Su principio de funcionamiento consiste en

la excitacin de flujo en el rotor.

El generador sncrono est compuesto principalmente de una parte mvil o rotor y de una parte

fija o estator.

El rotor gira recibiendo un empuje externo desde una turbina. Este rotor tiene acoplada una

fuente de "corriente continua" de excitacin independiente variable que genera un flujo


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constante, pero que al estar acoplado al rotor, crea un campo magntico giratorio que genera un

sistema trifsico de fuerzas electromotrices en los devanados estatricos.

El rotor gira concntricamente en el eje del generador a una velocidad sincronica de 1500

revoluciones por minuto (RPM) para 50 Hz (1800 RPM para 60 Hz).

Los generadores asincrnicos o de induccin no son auto-excitados, sino que requieren de un

suministro externo de corriente trifsica para producir un flujo magntico rotante. Este suministro

externo puede provenir de la red elctrica, o del mismo generador, una vez que comenz a

producir. El flujo magntico rotante del estator induce corrientes en el rotor, lo cual produce a su

vez un campo magntico. La velocidad de rotacin del campo magntico del estator est regida

por la frecuencia de la lnea. Si el rotor gira ms lento que el campo del estator (frecuencia de

sincronismo), entonces la maquina opera como un motor de induccin. Si por el contrario, el rotor

gira a una velocidad mayor que la frecuencia de sincronismo, la maquina opera como un

generador de induccin, produciendo potencia elctrica a la frecuencia de sincronismo.

Diferencias

Desde un punto de vista de la construccin la diferencia est en el rotor. A una maquina asncrona

le falta el devanado del rotor. Esto hace que los principios de funcionamiento sean diferentes:

En una mquina sncrona tenemos dos campos magnticos, uno creado por el devanado delestator y otro creado por el devanado del rotor (alimentados desde fuera), de tal manera que un

campo magntico "empuja" al otro creando el movimiento. Si por ejemplo tenemos esta mquina

sncrona funcionando como generador, al mover el rotor desde fuera, movemos el campo

magntico del rotor, que mueve el campo magntico del estator que induce la tensin.

En una mquina asncrona tenemos exactamente el mismo devanado de estator, que crea un

campo magntico. Si este campo magntico se mueve respecto del rotor, entonces induce una


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corriente en el devanado de rotor, y esta corriente crea un campo magntico de rotor, ahora son

estos dos campos magnticos los que se "empujan".

La principal diferencia es que en una mquina asncrona es necesario que el movimiento del rotor

y del campo magntico del estator tenga que tener diferente velocidad, porque de no ser as no se

induce una corriente en el rotor y por tanto no hay campo magntico y no hay movimiento (de ahel nombre de asncrono). Mientras que una mquina sncrona, tenemos dos campos magnticos

creados "desde fuera" y es necesario que estn exactamente a la misma velocidad para que

funcionen.

Bibliografa

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