DISEO DE UN BANCO EXPERIMENTAL PARA TURBINAS PELTON

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFacultad de Ingeniera Mecnica - EnergaEscuela Profesional de Ingeniera Mecnica

diseo de un banco experimental para turbinas peltonALUMNO: LOPEZ JARA RAY ANTHONYPROFESOR: PALOMINO CORREA JUAN MANUELCURSO: PROYECTO DE TESIS

BELLAVISTA-CALLAO2014indiceI. DISEO DE UN BANCO EXPERIMENTAL DE TURBINA PELTONII. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA2.1. Fundamentacin2.2. Antes-cedentes2.3. Formulacin del ProblemaIII. OBJETIVOS Y ALCANCE DE LA TESIS3.1. Objetivo Principal3.2. Objetivos Especficos3.3. Alcances de la TesisIV. IMPORTANCIA Y JUSTIFICACION DE LA TESIS4.1. Aporte Tecnolgico4.2. Resultados4.3. SolucinV. MARCO TEORICO Y CONCEPTUAL5.1. Enfoque TericoVI. FORMULACION DE LA HIPOTESIS6.1. Variable e IndicadoresVII. METODOLOGA7.1. Ingeniera del Proyecto7.2. Seleccin de la Muestra7.3. Procesamiento de la informacinVIII. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS8.1. Cronograma de Actividades8.2. Asignacin de RecursosIX. BIBLIOGRAFIA

I. dISEO DE uN BANCO EXPERIMENTAL DE TURBINA PELTONII. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA2.1. FundamentosActualmente nuestra Facultad de Ingeniera Mecnica - Energa se encuentra con deficiencias en la parte prctica especficamente a los laboratorios de Mecnica de Fluidos y particularmente el ensayo de turbina Pelton.Dado que esta experiencia es de vital importancia para los estudiantes de la facultad, se plantea el diseo de un banco experimental para turbina Pelton dando una solucin parcial al problema de los laboratorios.2.2. AntecedentesLos estudios realizados por las personas acadmicas quedaron registrados como en los bancos de tesis de las diversas entidades de estudios superiores.Donde podemos encontrar temas como el del diseo de una turbina Pelton entre otros. Estos estudios sern considerados dentro de los antecedentes de este anteproyecto. 2.3. Formulacin del problemaCmo afecta en el rendimiento la falta del laboratorio de la turbina Pelton en los estudiantes de la Facultad de Mecnica-Energa?

III. OBJETIVOS Y ALCANCE DE LA TESIS

3.1. Objetivo PrincipalImplementacin de un mdulo de experimentacin de turbina Pelton para la facultad de Ingeniera Mecnica- Energa de la Universidad Nacional del Callao.

3.2. Objetivos EspecficosMejorar la calidad de los estudiantes de la universidad del callaoBrindar la completa enseanza en el curso que requieran de experimentacin sobre el tema en particular.Determinar la mejora del rendimiento acadmico y profesional del estudiante de la Facultad de Ingeniera Mecnica Energa de la Universidad Nacional del Callao.

3.3. Alcances de la TesisLa presente tesis propone la implementacin de un ensayo de turbina pelton,Donde se podrn obtener datos de experimentacin que servirn para los cursos principalmente de mecnica de fluidos, maquinas elctricas y turbo maquinas entre otros.El presente diseo del banco de experimentacin se plantea solo como uso acadmico, mas no otro tipo de uso, dando solucin as a la problemtica ya anteriormente mencionada.

IV. IMPORTANCIA Y JUSTIFICACIN DE LA TESIS4.1. Aporte TecnolgicoPlantea mejorar los laboratorios de mecnica de fluidos, contando con equipos que faciliten las mediciones en los ensayos.4.2. Resultados de InvestigacinLos resultados no indican que el trabajo desarrollado por esta investigacin posee beneficios para la facultad.4.3. SolucinPlantea una solucin factible para el problema de las deficiencias del laboratorio de fluidos, dando un gran apoyo a la fime.

V. MARCO CONCEPTUALEl tema de investigacin de esta tesis es principalmente en el mbito de la mecnica de fluidos, por lo que se necesita el conocimiento de definiciones bsicas de esta materia. As mismo en el desarrollo de este trabajo de tesis se incluirn materias como resistencia de materiales, circuitos elctricos, instalaciones elctricas industriales, electrnica.El mdulo de turbina Pelton consiste; un sistema de bombeo, bomba centrifuga, que transfiere el fluido contenido en un recipiente de volumen xx cm3, hasta la boquillas de expulsin de la turbina Pelton instalada.Una vez alcanzado el fluido dentro de la cavidad de la turbina Pelton, este comenzara su movimiento debido al impacto del fluido impulsado por la bomba centrifuga, se detalla que el omotro de la bomba centrifuga tendr una conexin elctrica hacia un sistema de control, como variadores de frecuencia, botones star/stop y paradas de emergencias.Al impactar el chorro de agua proveniente de los inyectores el giro producido en la turbina Paltn se trasladara hacia un generador instalado al eje de la turbina Paltn, consecutivamente este generador se conectara a un banco ya sea fe focos o cualquier otro medio por el cual se pueda cuantificar la capacidad generativa de energa producida en este modulo de experimentacin. La colocacin de un sistema de recoleccin de data se poseer por medio de una interfaz maquina/hombre para poder cuantificar de manera mas detallada este proceso. Para poder realizar un mejor anlisis a la presente tesis se plantearan algunas definiciones de los trminos que se emplearan en esta tesis en desarrollo:TURBINA HIDRULICA.Es una turbomquina motora hidrulica, que aprovecha la energa de un fluido que pasa a travs de ella para producir un movimiento de rotacin que, transferido mediante un eje, mueve directamente una mquina o bien un generador que transforma la energa mecnica en elctrica, as son el rgano fundamental de una Central hidroelctrica.

ClasificacinDe acuerdo al cambio de presin en el rodete o al grado de reaccin Turbinas de accin: Son aquellas en las que el fluido de trabajo no sufre un cambio de presin importante en su paso a travs de rodete.Turbinas de reaccin: Son aquellas en las que el fluido de trabajo si sufre un cambio de presin importante en su paso a travs de rodete.Para clasificar a una turbina dentro de esta categora se requiere calcular el grado de reaccin de la misma. Las turbinas de accin aprovechan nicamente la velocidad del flujo de agua, mientras que las de reaccin aprovechan adems la prdida de presin que se produce en su interior. De acuerdo al diseo del rodete Esta clasificacin es la ms determinista, ya que entre las distintas de cada gnero las diferencias slo pueden ser de tamao, ngulo de los labes o de otras partes de la turbomquina distinta al rodete. Los tipos ms importantes son: Turbina Kaplan: Son turbinas axiales, que tienen la particularidad de pode variar el ngulo de sus palas durante su funcionamiento. Estn diseadas para trabajar con saltos de agua pequeos y con grandes caudales (Turbina de Reaccin).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 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 tiene cucharas. Estn diseadas para trabajar con saltos de agua muy grandes, pero con caudales pequeos (Turbina de Accin).

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.

GENERADOREl generador sncrono es un tipo de mquina elctrica rotativa capaz de transformar energa mecnica (en forma de rotacin) en energa elctrica.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 (normalmente) una turbina. Este rotor tiene acoplada una fuente de "corriente continua" de excitacin independiente variable que genera un flujo constante, pero que al estar acoplado al rotor, crea un campo magntico giratorio (por el teorema de Ferraris) que genera un sistema trifsico de fuerzas electromotrices en los devanados estatricos.Rotor: Tambin conocido como inductor, pues es la parte que induce el voltaje en el estator. El ncleo del rotor es construido de lmina troquelada de acero al silicio, material de excelentes caractersticas magnticas, con la finalidad de evitar prdidas por histresis y corrientes parasitas.El yugo es una pieza continua con zapata polar, para as eliminar la dispersin del flujo por falsos contactos magnticos. En la zapata polar se hacen barrenos para alojar el devanado amortiguador en jaula de ardilla, diseado con el objeto de reducir armnicas en la forma de onda que entrega el generador.El rotor gira concntricamente en la flecha del generador a una velocidad sncrona de 1800 revoluciones por minuto (RPM).La principal diferencia entre los diferentes tipos de generadores sncronos, se encuentra en su sistema de alimentacin en continua para la fuente de excitacin situada en el rotor.Excitacin Independiente: excitatriz independiente de continua que alimenta el rotor a travs de un juego de anillos rozantes y escobillas. Excitatriz principal y excitatriz piloto: la mquina principal de continua tiene como bobinado de campo otra mquina de excitacin independiente, accionada por el mismo eje. Electrnica de potencia: directamente, desde la salida trifsica del generador, se rectifica la seal mediante un rectificador controlado, y desde el mismo se alimenta directamente en continua el rotor mediante un juego de contactores (anillos y escobillas). El arranque se efecta utilizando una fuente auxiliar (batera) hasta conseguir arrancar. Sin escobillas, o diodos giratorios: la fuente de continua es un rectificador no controlado situado en el mismo rotor (dentro del mismo) alimentado en alterna por un generador situado tambin en el mismo eje y cuyo bobinado de campo es excitado desde un rectificador controlado que rectifica la seal generada por el giro de unos imanes permanentes situados en el mismo rotor (que constituyen la excitatriz piloto de alterna).

Bomba CentrifugaLas bombas centrifugas pertenecen a la rama de las turbomquinas, que son mquinas hidrulicas rotativas que permiten una transferencia energtica entre un fluido y un rotor provisto de alabes o paletas, mientras el fluido pasa a travs de ellos.Las bombas centrifugas debido a sus caractersticas, son las bombas que ms se aplican o usan en la industria. Las razones de esta preferencia son las siguientes:No tienen rganos articulados y los mecanismos de acoplamiento son muy sencillos. La impulsin elctrica del motor que mueve es bastante sencilla .Para una operacin definida el gasto es constante y no requiere dispositivo regulador. Se adaptan con la finalidad a muchas circunstancias.Los elementos esenciales de una bomba centrifuga son: a) el elemento rotatorio, que consta del eje y el impulsor.b) el elemento estacionario, que consta de una carcasa, la prensa, estopa, y los cojinetes.Tanque atmosfrico de almacenamientoSon recipientes clasificados para el almacenamiento de lquidos o material granulado a presiones no mayores a 2.5 psig. Para el diseo de estos tanques se aplicara estndares como API 650 para poder disear estos tanques segn se requiera. Opcionalmente tan bien pueden ser reemplazados por tanques o depsitos prefabricados como fibra de vidrio u otro material el cual sea capas de contener liquido sin prdida alguna.Variador de frecuencia.El objetivo principal de un variador de velocidad es la reduccin de velocidad de un motor de corriente alterna. De esta forma, el variador permite a las mquinas conducidas por motores elctricos producir la misma salida que obtendran utilizando otros mtodos de regulacin de flujo, pero consumiendo menos potencia de entrada. Consecuentemente, el ahorro de energa que se obtiene es importante y cada vez son ms los usuarios que apuestan por este mtodo de control. Las mejores oportunidades de ahorro se consiguen en las mquinas que operan a carga parcial durante grandes periodos de tiempo.Tablero de controlEste es un recinto rectangular metlico donde se encontraran los controles de parada, arranque y registro de datos el cual deber estar aislado elctricamente para evitar incidente o accidentes. El tablero tendr medidas estndar que se pueden encontrar.Tubera de transferencia: Se definen las tuberas por donde se realizara la transferencia de agua impulsado por la bomba centrifuga, estas tuberas estn diseadas y seleccionadas para este servicio.Estructura de soporteEs una estructura metlica la cual ser la cual soportara, a todos los equipos incluyendo el tanque de almacenamiento del fluido.

VI. FORMULACIN DE LAS HIPOTESISLa comparacin del modelo a escala con el real utilizando el tema de modelacin en fluidos para poder contrastar con la teora con la parte prctica.El actual campo laboral exige que el profesional domine tanto la parte prctica como la parte terica de la mecnica de fluidos para poder obtener mayores criterios a la hora de disear.

6.1. Variable e indicadores.El rendimiento de los estudiantes como se ve afectado debido a la implementacin de la parte experimental del mdulo de turbina Pelton.La capacidad de poder influenciar en los estudiantes ideas proactivas de investigacin para con su facultad.La capacidad de poseer estudiantes que se desenvuelvan mejor en el campo laboral.

VII. METODOLOGIA7.1. Ingeniera del ProyectoPor la parte del aspecto financiero este proyecto presenta varios inconvenientes debido a que es un proyecto que funcionara netamente como mdulo de aprendizaje para los laboratorios de fluidos, por lo que la parte econmica del proyecto depender del presupuesto que disponga la facultad para la inversin en este proyecto.7.2. Seleccin de la MuestraLa seleccin de los valores de muestra se realiz en funcin a la experiencia adquirida por quien desarrolla este proyecto. 7.3. Obtencin y Procesamiento de la InformacinLa informacin recaudada ser filtrada en base a la experiencia obtenida por quien desarrolla el proyecto de investigacin.

VIII. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS8.1. CRONOGRAMA8.2. Recursos8.1.1 HumanoPara el desarrollo de esta tesis se emplearon diversos mtodos de experimentacin simulada, por lo cual la principal herramienta para esta investigacin.Por el lado de recurso humano se emple solo la fuerza humana del mismo desarrollador del presente anteproyecto. Utilizando conocimientos tcnicos en base a experimentacin y capacitacin tcnica.8.1.2 Material:La realizacin del diseo implica un tema ms terico por tema que muchas condiciones de diseo ya se encuentran normadas. Como son: SAP2000, AUTOCAD 2013IX. BIBLIOGRAFIAhttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_Peltonhttp://www.osinerg.gob.pe/newweb/uploads/GFE/1.2%20COMPENDIO%20CENTRALES%20ELECTRICAS%20SEIN.pdfhttp://labtop.pe/inicio/medicina-general/details/106/9/medio-ambiente/banco-hidr%C3%A1ulico.htmlhttp://aulaweb.upes.edu.sv/claroline/backends/download.php?url=L0NBUElUVUxPX05fMS1fZ2VuZXJhY2lvbl8tLnBkZg%3D%3D&cidReset=true&cidReq=GTE023_001http://www.fhia.org.hn/dowloads/servicios_agricolas_pdfs/microturbinaspelton.pdf pg. 1v