Monografia TurboMaquinas 2005-I

Monografía de Turbomaquinas I.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

TURBOMAQUINAS I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

AV. TÚPAC AMARU 210 - RIMAC / LIMA 25 – PERÚ

MONOGRAFÍA DE TURBOMAQUINAS I

CURSO:

TurboMaquinas I MN - 232

ESTUDIANTES:

Palomino Rondinel, Cristhian Justo 20080191G

DOCENTE:

Ing. Salome

Lima, 02 de julio del 2015

0

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

TURBOMAQUINAS I

INDICE

1. Introducción...............................................................................................................................................2

2. Objetivos....................................................................................................................................................3

3. Información de la central hidroeléctrica....................................................................................................4

3.1 Central hidroeléctrica Cahua..................................................................................................................4

3.2 Central hidroeléctrica Callahuanca........................................................................................................6

4. Cálculos......................................................................................................................................................7

4.1 Central hidroeléctrica Cahua..................................................................................................................7

4.2 Resultados de los cálculos de Cahua......................................................................................................7

4.3 Central hidroeléctrica Callahuanca........................................................................................................7

4.4 Resultados de los cálculos de Callahuanca...........................................................................................10

5. Ficha técnica PR-18..................................................................................................................................14

5.1 Central hidroeléctrica Cahua................................................................................................................14

5.2 Central hidroeléctrica Callahuanca......................................................................................................15

6. Procedimiento de un rodete pelton.........................................................................................................16

6.1 Inspección visual..................................................................................................................................17

6.2 Inspección con radiografía...................................................................................................................17

6.3 Inspección con partículas magnéticas..................................................................................................18

6.4 Inspección con tintes penetrantes.......................................................................................................18

6.5 Inspección con Partículas Magnéticas..................................................................................................19

6.6 Control de Dureza................................................................................................................................19

6.7 Balanceo Dinámico...............................................................................................................................20

7. Conclusiones............................................................................................................................................21

1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICACOSTOS Y PRESUSPUESTOS

1. Introducción

En la presente monografía analizaremos

2. Objetivos

Identificar y Conocer el proceso generación eléctrica mediante turbinas francis y pelton

Calcular y verificar el Número especifico de potencia y compararlas con tablas.

Calcular y verificar la Potencia efectiva

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3. Información de la central hidroeléctrica

3.1 Central hidroeléctrica Cahua

Empresa : CAHUA

UBICACIÓNDepartamento : Lima

Provincia : Cajatambo

Distrito : Manas

Localidad : Cahua

Altitud (msnm) : 880

Sistema eléctrico : SEIN

Rio : Pativilca

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS

Turbina hidráulica : Francis

Salto bruto (m) :215

Salto neto (m) :207

Caudal (m3/s ¿ : 22

Potencia (MW) : 43

3


3.2 Central hidroeléctrica CallahuancaEmpresa : EDEGEL

UBICACIÓNDepartamento : Lima

Provincia : Huarochiri

Distrito : Callahuanca

Localidad : Barbablanca

4


Altitud (msnm) : 1395

Sistema eléctrico : SEIN

Rio : Santa Eulalia

Recibe las aguas turbinadas de la CH Huinco y de la CH Matucana

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS

Turbina hidráulica : Pelton

Salto bruto (m) :435.24

Salto neto (m) :424

Caudal (m3/s ¿ : 12.5

Potencia (MW) : 71.75

4. Cálculos


4.2 Resultados de los cálculos de Cahua

4.3 Central hidroeléctrica Callahuanca

Por condición de diseño β2=180 °

5


Lo que conlleva C2=C2u=C0

Mediante lo anterior

C2=C0=u2+w2w2=C0−u2…… ..(1)

Para el cálculo de Altura de Euler

H r=u2C2u−u1C1u

g

En el caso de una turbo maquina pelton ya que se considera u2=u1=u

H r=u (C2u−C1u)

g…… ..(2)

Para calcular {C} rsub {1u}

C1u=u−w1 cos (β1 )…….(3)

Mediante el factor de diseño

k=w1/w2

Teniendo como valor k: 0.88 -0.92

6


Reemplazando de la ecuación (1)

w1=k w2=k (C0−u2)=k (C0−u )…….(4)

Reemplazando (4) en (3)

C1u=u−k (C0−u ) cos (β1 )………(5)

Reemplazando (5) en (2)

H r=u (C0−u+k (C0−u ) cos (β1))

g

H r=u (C0−u)(1+k∗cos (β1 ))

g………….(6)

Para el cálculo de ´u ´

u=π∗Dpelton∗N60

Calculo de ´ ´ H r ´ ´ dependerá de H u

nh=H r

H u

Se considera nh=0.95

Despejando ´ ´ cos ( β1 ) ´ ´

cos ( β1 )=(

H r∗g

u (C0−u )−1)

k

Con el valor calculado de “β1” proseguimos para el cálculo de triangulo de velocidades

w1=k∗(C0−u)

C1=√u2+w12−2∗u∗w1∗cos( β1)

Cu1=u−w1∗cos(β1)

cos (α1 )=Cu1

Cu

Análisis del chorro

Qch=π4∗dch

2∗Co

7


Despejando

dch=√ 4∗Qch

π∗C0

Calculo de la Potencia de chorro

Pch=γ∗Qch∗H r

Potencia de eje de la turbo maquina pelton

Peje=nt∗(nch∗Pch)

Calculo del número específico de revolución potencial ´NS´

N s=N∗√Peje

Hu

54

Con las ecuaciones Formulamos un Excel para el Calculo final de cada turbina

4.4 Resultados de los cálculos de Callahuanca

Las tres turbinas gemelas Pelton poseen las mismas características y datos el cual daremos sus respuestas

Datos inicialesRevoluciones N (RPM) 514

8


Altura neta Hn (m) 415Diámetro pelton D (m) 1,75Caudal Q(m3/s) 4,5

Valores Coef. de caudal de tobera λ 0,98Factor de diseño k 0,97Eficiencia hidráulica nh 0,94Eficiencia volumétrica nv 0,99Eficiencia mecánica nm 0,95Eficiencia total nt 0,88

Velocidad tangencial u 47,10Velocidad de chorri Co 88,43Altura de euler teorico Hr 390,1

Angulo de salidaCos(β1) 0,9957β1 (rad) 0,092β1 (º) 5,29

w2(m/s) 41,33 u 47,10Velocidad de chorri C2 (m/s) 88,43

Numero de inyectores und 2Caudal para un inyector Q1(m3/s) 2,25

Diametro de chorro dch (m) 0,18

Potencia de chorro Pch (W) 8098158,56 Pch(MW) 8,10Potencia de chorro Pch(HP) 10868,58

9


Potencia de eje Peje (W)16196317,1

1 Pch (MW) 16,20Potencia de eje Pch(HP) 21737,16

Ns 40,46

Datos inicialesRevoluciones N (RPM) 450Altura neta Hn (m) 423,3Diametro pelton D (m) 2,00Caudal Q(m3/s) 4,72

10


u 47,12Velocidad de chorri Co 89,31Altura de euler teorico Hr 397,902

AnguloCos(β) 0,9832

β rad 0,184β º 10,52

w1 (m/s) 41,34 c1 9,95 cu1 6,48

Angulocos(α) 0,65α 0,86α 49,37

w2(m/s) 42,19 u 47,12Velocidad de chorri C2 (m/s) 89,31

Numero de inyectores und 2Caudal para un inyector Q1(m3/s) 2,36

Diametro de chorro dch (m) 0,18

11


Potencia de chorro Pch (W) 8663949,90 Pch(MW) 8,6639499Potencia de chorro Pch(HP) 11627,93

Potencia de eje Peje (W)17327899,8

0 Pch (MW) 17,3278998Potencia de eje Pch(HP) 23255,87

Ns 35,74

12


5. Ficha técnica PR-18


N Descripción Unidad Grupo 1 Grupo 21,0 Nombre de la central hidroeléctrica Cahua Cahua

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01,01

Unidad de generación hidroeléctrica

2,00

Características Generales:

2,01

Fabricante

2,02

Cantidad und.

2,03

Tipo (disposición de eje)

2,04

Diámetro del rodete mm

2,05

Numero de alabes

2,06

Rango de regulación de alabes móviles

2,07

Fluido

2,08

p.h.

2,09

Velocidad Nominal rpm

2,10

Velocidad especifica

2,11

Velocidad de embalsamiento rpm 617

2,12

Potencia kW

2,13

Caudal de diseño m3/s

2,14

Altura Neta m

2,15

Altura Bruta m 436

2,16

Eficiencia %

2,17

Nivel de vibraciones mm/s

2,18

Altitud de casa de maquinas m.s.n.m.

1398

3,00

Materiales

3,01

Carcasa

3,02

Rodete

3,03

Eje

3,0 Alabes directrices

14


43,05

Sellos

4,00

Condiciones Generales

4,01

Antigüedad Años 7675

4,02

Fecha de ultimo mantenimiento mayor

α

5.2 Central hidroeléctrica Callahuanca

N Descripción Unidad Grupo 1

Grupo 2

Grupo 3

Grupo 4

1,00

Nombre de la central hidroeléctrica Callahuanca Callahuanca

1,01 Unidad de generación hidroeléctrica 2,00

Características Generales:

2,01 Fabricante 2,02 Cantidad und. 2,03 Tipo (disposición de eje) 2,04 Numero de inyectores 2,05 Diámetro del rodete mm 2,06 Numero de alabes 2,07 Fluido 2,08 p.h. 2,09 Velocidad Nominal rpm 514 2,10 Velocidad especifica 2,11 Velocidad de embalsamiento rpm 617 2,12 Potencia kW 2,13 Caudal de diseño m3/s 4,5 2,14 Altura Neta m 415 2,15 Altura Bruta m 436 2,16 Eficiencia % 0,88 2,17 Nivel de vibraciones mm/s 2,18 Altitud de casa de maquinas m.s.n.m. 1398 3,00

Materiales

3,01 Carcasa

15


3,02 Rodete 3,03 Eje 3,04 Inyectores 3,05 Deflectores 4,00

Condiciones Generales

4,01 Antigüedad Años 76 75 75 574,02 Fecha de ultimo mantenimiento mayor

6. Procedimiento de un rodete pelton

6.1 Inspección visual

6.2 Inspección con radiografía

16


6.3 Inspección con partículas magnéticas

6.4 Inspección con tintes

penetrantes

17


6.5 Inspección con Partículas Magnéticas

6.6 Control de Dureza

18


6.7 Balanceo Dinámico

19


7. Conclusiones

7.1.1 Notamos que los valores calculados del Ns y potencia efectiva se acercan a los valores reales, con lo cual comprobamos los valos que tomamos de la central.

La técnica de difracción de rayos X a altas temperaturas fue aplicada al estudio de

las transformaciones de fase en el acero inoxidable martensítico ASTM A743 grado

CA6NM, material ampliamente usado en la fabricación de componentes hidráulicos

20


por las excelentes propiedades mecánicas que ofrece

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