Turbina Micell Banki

8/17/2019 Turbina Micell Banki

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Universidad César Vallejo

Facultad de Ingeniería

Escuela de Ingeniería Mecánica Eléctrica

PROYECTO DE DISEÑO FLUIDODI !MICO DE U "TUR#I " $IDR!ULIC" TIPO MIC$ELL #" %I

I FORME &I CICLO CURSO' M!(UI "S $IDR!ULIC"S

"ut)r'Centurión Chávez, Norge

Romero Rosales, Christian

Ment)r'g! Ing! "ulca Verástegui, #uis

Tru*ill)+ Per,-./0

I. GENERALIDADESI.1 OBJETIVOS


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Ingeniería Mecánica EléctricaMáquinas Hidráulicas

A. Objetivo General:• Realizar informe de los cálculos realizados para el diseño de una turbina

Michell Ban i.

B. Objetivos !spec"ficos:• #eterminar las dimensiones del rotor.• #eterminar las dimensiones del in$ector.• #eterminar las dimensiones de carcaza.• #eterminar las dimensiones del alabe directriz.• Obtener planos %d.• #iseñar piezas $ ensamble .• Realizar simulaci'n del funcionamiento.• Obtener planos del in$ector.• Obtener planos de instalaci'n total.

1.2 IM ORTAN!IA "#O J$STI%I!A!I&N

!ste estudio beneficiará a los estudiantes $ docentes de las asi(naturas como:

Má)uinas *idráulicas+ ,entrales de !ner("a+ Auditor"a !ner(-tica $ entre otras

asi(naturas afines.

a cual mejorará la calidad de la enseñanza en cuanto al uso de prácticas

(uiadas $ calificadas dentro del plan curricular de la escuela de /n(enier"a en

Mecánica !l-ctrica.

os planos $ resultados de este diseño+ posteriormente podrán ser construidos

$ montados. Además es necesario resaltar )ue este estudio es un aporte del docente $

colaborador M(. /n(. 0ulca 1eráste(ui+ uis+ con el fin de desarrollar el nivel cient"fico

de la 2niversidad 3rivada ,-sar 1allejo.

1.'. RE%EREN!IAS "#O RE($ISITOS DEL DISE)O.

4.&.4. Antecedentes 5 ,riterios 5 Aplicaciones.

a turbina Michell5Ban i+ tambi-n conocida por los nombres de 6urbina de

7lujo ,ruzado+ 6urbina de 7lujo 6ransversal o 6urbina Ban i+ es una má)uina

Docente: Ms. Ing. Luis Julca Verástegui.


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hidráulica utilizada en aprovechamientos hidroel-ctricos de hasta %888 9 . o )ue la

hace atractiva frente a otras turbinas clásicas+ es la sencillez de su construcci'n $+ para

ciertos ran(os de altura $ caudal+ su costo si(nificativamente menor.

a principal desventaja comparativa frente a a)uellas+ es su rendimiento más

bajo. !sta turbina consta de in$ector+ válvula+ rodete $ descar(a como elementos

principales+ además posee una carcasa )ue en muchos diseños cumple la doble funci'n

de chasis $ de cubierta.

4.&.%. ,aracter"sticas de 7uncionamiento 5 !specificaciones.

!s una turbina de flujo cruzado+ clasificada como de reacci'n+ de admisi'n

parcial $ de doble paso. !l a(ua entra por el in$ector dividido en dos partes por el

alabe directriz. !l in$ector es el encar(ado de )ue el a(ua entre al rodete con un

determinado án(ulo.

,omo es un proceso de doble paso+ el a(ua intercambia ener("a dos veces con

el rodete; la primera cuando entra $ la se(unda cuando sale del mismo .os romanos desarrollaron el tipo de molino hidráulico o rueda hidráulica

vertical con eje horizontal $ )ue se comenz' a construir en el si(lo / a. ,. por el

in(eniero Marco 1itruvio.

#urante la edad media+ la rueda hidráulica fue ampliamente usada en !uropa

para una (ran variedad de usos industriales como: accionar molinos de cereales $

minerales+ en aserraderos+ molinos con martillos para trabajar el metal+ batanadura de

la lana+ entre otros.

,on la Revoluci'n /ndustrial+ especialmente a partir del si(lo meaton ?4@% 5

4@ %C+ )ui-n constru$' por primera vez (randes ruedas hidráulicas de hierro colado.!n 4D&@ se instalaba la primera turbina hidráulica+ construida por el in(eniero

franc-s B-noit 7ourne$ron+ tras sus mejoras desde )ue la inventara en 4D%@. !n 4D D+

el in(eniero británico 0ames B. 7rancis perfeccionaba el diseño con un 8E de

eficiencia. a F6urbina 7rancis + es de las turbinas hidráulicas la más utilizada en todo

el mundo+ principalmente en las (randes centrales hidroel-ctricas.

!n 4DD4+ se prove"a de suministro el-ctrico pHblico por primera vez en el

mundo+ en la ciudad de Godalmin(+ >urre$+ GB+ con el Molino estbroo + )ue

iluminaba sus calles ?!covive.comC.



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Ma)uinaria de la primera central

hidroel-ctrica de suministro el-ctrico pHblico en 4DD4

?!covive.comC. !l sistema funcionaba con una rueda

hidráulica en el r"o e$ $ un alternador de corriente

alterna de >iemens. !se mismo año+ se instalaba una

pe)ueña estaci'n hidroel-ctrica en las

,ataratas del Iia(ara+ !!.22+ )ue además de

proveer de luz al pueblo+ tambi-n suministraba

electricidad a varios molinos. a ener("a hidráulica volv"a

a resur(ir a principios del si(lo


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II. MAR!O TE&RI!O " METODOLOG*A



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EN PRIMER LUGAR, ASUMIMOS, QUE LOS VALORES INICIALES DADOS POR

EL DOCENTE, CUMPLEN CON LAS CONDICIONES DEL ALGORITMO.

2.1.DISE)O DEL RODETE

2.1.1. CÁLCULO DEL E!DIMIE!"O I!"E !O "EO ICO:

N it = ∅2 (1− tg 2 α )donde (0.96 ≤ ∅≤ 0.98 )(14 ≤ α ≤ 18 )

⇒ N it = (0 , 98 2 ) (1− (tg 18 )2)= 0 ,8590

2.1.2. CÁLCULO DEL E!DIMIE!"O I!"E !O E#L:

N i= a . N it donde (a= 0.95 coeficientede fuga delcaudal )

⇒ N i= 0 ,95 . (0 , 8590 )= 0 ,8161

2.1.$. CÁLCULO DEL E!DIMIE!"O "O"#L:

0.85 ≤ N (¿¿m≤ 0.92 ) N v= 1 N T = N i . N m . N v , ¿

⇒ N T = 0 , 8161 . (0 , 92 ) x1= 0 ,7508

2.1.%. CÁLCULO DE L# &O"E!CI# !OMI!#L O DE DI'E(O:

P= ρ . g .Q . H . N T

Pmin= ρ . g . Q min . H min . N T

Pmin=( 1000 kgr /m3 )(9.81 m /s 2)(0.5 m3 /s)(20 m)(0.7508 )= 73.653 kw

Pmax = ρ . g . Q max . H max . N T

Pmax =( 1000 kgr /m3 )(9.81 m /s2)(7.5 m3 /s)(80 m)(0.7508 )= 4419.209 kw

73 .653 ≤ P≤ 4595 . 789 ( KW )⇒ P

N !"N#$= P

P% !&'"= 2246.431



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P N !"N#$ J %%88 9 ?estimadaC

2.1.). CÁLCULO DE L# VELOCID#D DE O"#CIO!:

N =38

.3

Q− 1 /2

. H 3 /4

(r(m )

* ¿ H max + H min

2= 80 +20

2= 50 m

Q=Q max +Q min

2= 7.5 +0.5

2= 4 m3 /s

1erificar la potencia nominal de %%88 9 + factor de correcto de *+ ) H = 1.36

,omo K8m no es suficiente+ entonces aumentar * a LDm N c= 38.3 (4 m

3 /s)−1 /2 .(68 m)3 /4= 453.472 r(m

2.1.*. CÁLCULO DE L# VELOCID#D E'&EC+,IC#:

#! ,A2#A : ? 8 ≤ Nq ≤ 4D8C

N *= 3 N Q1 /2 . H −3 /4

N *= 3 . (453.472 r(m ) (4 m3 / s)12 .(68 m)

− 34 = 114.900

#! 3O6!I,/A: ? 5 4 ≤ Ns ≤ 250 ¿ N s= N P

1 /2 . H −5 /4

N s = (453.472 r(m ) (2200 kw )

12

. (68 m)

−54

= 108 . 924

2.1.- CÁLCULO DE L# VELOCID#D DE E!" #D#:

+ = 4 , 43 ∅√ H ?8+ L ∅≤ 0 , 98 ¿

, J + & ?8+ DC √ 68 ≅

&L mNs

2.1. . CÁLCULO DE L#VELOCID#D "#!/E!CI#L:



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0 = 0 ,10 1 ( 'e( )2 e(= es(esor dela tu3eriacircular(ara losala3es , ' = 733 mm

Diá,- r/ 0,, Es -s/r 0,,344 5677744 8611

e( = 8.00 mmasumido

0 = 0 ,10 1 (0.7330.008 )

0 = 28.7848≅

29

4 0 = 30 asumido de lata3la

2.1.2. CÁLCULO DEL 'O E3"E !O DE LO' #L#5E'

T i= 1 '0

T i= 1 0,733 m

30≅0,0768 m

2.'.DISE)O DEL IN"E!TOR " +LABE DIRE!TRI9

2.$.1. CÁLCULO DEL #!C O DEL I!6EC"O :



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/ i=0,96 Q√ H '

/ i= 0 , 96 (4 m3

/ s)√ 50 m(0 , 707 m)=0 , 7681 m

2.$.2 CÁLCULO DEL #!/ULO DE #5E "U # DELI!6EC"O :

5 = 360. a . Q(1 . ' − e ( .0 ). /i .+ .senα

5 = 360 . (0 ,95 ).(4 m3 /s )

(1 . (0 , 733 m)−( 0 , 008 m) . 30 ). 0 ,7681 m. 36 m /s.sen (18 )=77

,61

6

5 max= 2 $

5 max= 2. (0,1585 m)= 0,317 m

III. RO!EDIMIENTO DE !+L!$LO&.4 #eterminaci'n de los parámetros de diseño de la instalaci'n de 6urbina Michell Ban i:

Altura ener(-tica ?*C+ caudal de operaci'n ? C+ velocidad de rotaci'n ?nC+ potencia

efectiva ?IC+ án(ulos+ eje+ rendimientos+ etc.

#ensidad del fluido: 4888 (Nm &. 3resi'n de entrada $ salida de la turbina: 484+&%K 93a. Ran(os de parámetros de forma: asuma los valores promedio. !l rendimiento total )ue se da como dato es el )ue se desea obtener+ calcule por iteraci'n hasta

obtener este valor.

TRABAJO DE DISEÑO DE TURBINAS MICHELL BANKIN° Coordinador

Qmáx.

Qmin

Hmáx.

Hmin

Pot. Nominal(KW)

04

Romero Rosales, ChristianFranco

7.5 0.5 80 20 850

.



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IV. RESENTA!I&N " DIS!$SI&N DE RES$LTADOS

.4 3arámetros de flujo del fluido: velocidades+ caudales+ fuerzas+ tor)ues $ potencia

transmitida.

#ensidad del fluido: 4888 (Nm &. 3resi'n de entrada $ salida de la turbina: 484+&%K 93a.

Q máx. Q min H máx. H min Pot. Nominal(KW)

7.5 0.5 80 20 850

.% #imensiones de la turbina $ accesorios. ?planos %# $ piezas $ ensambles C



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