CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO
3.9 Modelación general de la turbina
46 Definiendo las unidades con que se va a validar
.
47 Definiendo el fluido con que se va a validar, en este caso el agua.
48 Definiendo las rpm del Impulsor o rotor, que será de 1200 rpm = 125.664 rad/s
49 En la entrada de la Carcasa la condición de velocidad del agua es de 0 m/s.
50 Uno de los objetivos como resultado es la velocidad del agua en todo el recorrido de la
carcasa
Uno de los objetivos como resultado es el flujo volumétrico o caudal en la salida de la carcasa.
51 Uno de los objetivos como resultado es el Torque del Impulsor o Rotor.
52 Resultados de la validación
.
53 - Los resultados son:
P [kW] = T [N-m] * Ꞷ [rad/s] P = 0.1668 * 125.664 P = 20.9608 kW Donde:
Ꞷ: es la velocidad angular de giro del rodete que se toma del valor del rpm inicial que tiene el valor de 1200 y multiplicado a la fórmula de la conversión a radianes/seg se obtiene el valor de 125.664 rad/seg.
Asimismo, el valor del Torque: T en N-m se obtiene de la operación Potencia/velocidad angular (P/Ꞷ) que resulta el valor de 0.1668 N-m.
54 - Presupuesto
Se hizo una aproximación en costos de acuerdo a otras investigaciones de autores nacionales y se obtuvo valores en dólares americanos que detallaremos a continuación: Servicio de fundición y mecanizados
01 Hélice tubular axial - Diámetro exterior 0.350 m - Diámetro interior 0.140 m.
- 03 paletas con ángulo determinado - Con balanceo dinámico y según plano - Material:
- Acero inox. fundido ASTM A743
- Fabricación de modelo de madera
Costo US$ 650.00 01 Distribuidor
- 08 paletas con ángulo determinado - 02 Tapas de distribuidor
- Material:
- Aluminio mecanizado según plano
Costo US$ 250.00 01 Carcasa de la turbina
- Material
- Acero inoxidable doble fundido Martensítica ASTM A 36
55
CAPÍTULO 4
ANALISIS DE LOS RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Para el análisis de los resultados se emplea los valores tales como:
Parámetros de la turbina tipo hélice Letra Caso 1 Caso 2 Caudal del fluido Q 0.540 m3/s 0.243 m3/s
Altura neta H 4.5 m. 3 m.
Velocidad media del fluido C1m 5.84 m/s 6.70 m/s Velocidad de giro del rodete n 1225 rpm 1250 rpm Velocidad específica de revoluciones Ns 591 rpm 548 rpm
Diámetro exterior del rodete De 0.350 m. 0.230 m. Diámetro interior del rodete Di 0.140 m. 0.083 m.
Cantidad de álabes del rodete Z 3 3
Cantidad de álabes del distribuidor Zle 8 8
Eficiencia de la turbina η 0.6 0.6
Potencia útil P 10 kW 3 kW
- En este cuadro observamos dos casos, el primero es el desarrollado por la metodología del trabajo de investigación y el segundo es realizado por Pérez [25] donde se evidencia claramente que utilizando casi los mismos caudales de fluido con alturas bajas las
56 potencias se diferencian aproximadamente en 70%, debido a las dimensiones del rodete de la turbina que en el caso dos lo halló de acuerdo a su metodología. Para el dimensionamiento de la turbina del caso uno se utilizó cálculos empíricos antiguos que no tienen mucha justificación, pero si utilizados en muchas investigaciones.
Este análisis sirvió para determinar la potencia de la turbina hidráulica e implementarla en la zona de estudio, que aprovechando el caudal del fluido con su altura de caída genere energía y satisfaga las necesidades de la población elevando así su calidad.
57
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
1. Se obtuvo la elección y sus dimensiones de la turbina hidráulica adecuada para que genere energía requerida por la población de San Gerónimo Bajo y que sirva como fuente de inicio para el desarrollo y avance en esta zona, conservando el ecosistema.
2. Se determina mediante cálculos matemáticos propios de una turbomáquina los valores de parámetros para dimensionar una turbina hidráulica de tipo hélice obteniendo: el caudal de 0,54 m3/s, la altura de 4.5 m, la velocidad específica de 591 rpm, y una velocidad de
giro de rodete de 1225 rpm, dando como resultado una potencia útil de 23.81 kW en la punta del eje de la turbina, siendo suficiente para lo requerido por la potencia eléctrica de 10kW solicitada por la población del sector; cabe recalcar que lo datos iniciales de caudal es 4.5 m3/s y altura 5m. Asimismo las dimensiones de las partes de la turbina como el
rodete compuesto de 3 álabes, el distribuidor con 8 álabes y la carcasa con dimensiones de acuerdo al diámetro exterior de 0.35 m. y diámetro interior de 0.14 m del rodete. 3. Se comprobó el desarrollo de la simulación Cad Solidworks que da un resultado con un valor numérico de potencia 20.96 kW, fiable ya que se aproxima al 10 % del valor de los cálculos matemáticos propios de la turbomáquina con una potencia útil de 23.87kW y que en comparación con la simulación de Torres [34] en una turbina Pelton es más eficiente con caudales semejantes.
58
RECOMENDACIONES
- En las posibles siguientes investigaciones sobre dimensionamientos de turbinas hidráulicas se recomienda la utilización de rodetes con álabes móviles para alcanzar máximos rendimientos de funcionamiento aprovechando toda la energía existente en el recurso hídrico de la zona de estudio.
- Otra recomendación es contar con laboratorios de turbomáquinas donde se realicen experimentos con un prototipo de turbina de acuerdo a dimensionamientos y fabricado con materiales existentes en la zona.
59
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62
ANEXO 1
64
ANEXO 2
GLOSARIO:
Definiciones Básicas
- Fluido: sustancia que está formado por partículas, carece de rigidez y elasticidad. - Caudal: volumen del fluido que atraviesa una sección transversal por unidad de tiempo. - Presión: es una magnitud física y mide la fuerza por unidad de superficie,
- Potencia: Es la cantidad de trabajo que se realiza por unidad de tiempo.
- Rodete: transforma la energía que tiene el fluido incompresible (agua) bajo condiciones expuestas, en energía mecánica.
- Álabe: procesado en acero de alta resilencia, y es el que genera el impulso necesario del rodete, siempre está en contacto y sumergido bajo el agua.
- Salto del alto: es la elevación de la superficie líquida expresada en metros.
- Dimensionamiento: acción y efecto de determinar el tamaño de una geometría, determina la dimensión y característica completa.
- Hidráulica: es el estudio del comportamiento de los líquidos en función de propiedades mecánicas de líquidos dependiendo de sus fuerzas a que son sometidos.
- Parámetros: variables que permiten reconocer en un conjunto de elementos a unidades correspondiente de su valor numérico.
65
ANEXO 3
66 b - Plano del distribuidor Fink
67 c - Plano de la carcasa