bomba turbina (1)

Introduccin

LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III UNI-FIM

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

Facultad de Ingeniera Mecnica

BOMBA-TURBINAPROFESOR

:Eliseo PaezCURSO

:Lab. de Ing. Mecnica IIICDIGO

:MN - 464ALUMNOS

: Crdova Bedoya, Daniel

Snchez Muoz, Javier

Vsquez Falcn, Manuel

2008-I1OBJETIVOEl objetivo fundamental es comparar las eficiencias del grupo funcionando como bomba y luego como turbina a una misma velocidad de rotacin y diferentes ngulos de los alabes directrices.2FUNDAMENTO TEORICO

DIFERENCIAS ENTRE UNA BOMBA Y UNA TURBINA

La teora hidrodinmica bsica de aplicacin es la misma para ambas mquinas; sin embargo, el comportamiento del flujo de fluido real incluyendo la friccin y la turbulencia resultan diferentes en algunos aspectos para el diseo de la bomba y la turbina.

Algunas diferencias particulares son:

TURBINABOMBA

Flujo de Energa-La entrada de energa es de tipo hidrulica y por medio de un fluido (agua) bajo presin.

-La salida de la energa es de tipo mecnica y a travs del torque en el eje de la mquina.

-La entrada de la energa es de tipo mecnica y a travs del torque en el eje de la mquina.

-La salida de la energa es de tipo hidrulica y por medio de un fluido bajo presin.

Altura de Presin

Hidrulica-La altura neta de la Turbina decrece (friccin fluida) con el incremento del caudal.

-La altura neta de la Turbina decrece (friccin fluida) con el incremento del caudal.

Sentido de RotacinEl rotor de la turbina gira en direccin opuesta al sentido de rotacin del impulsor de la bomba.

Direccin del Torque

En ambos modos tienen la misma direccin

Turbinas Hidrulicas Definicin: La turbina hidrulica es una turbomquina motora, y por tanto esencialmente es una bomba rotodinmica que trabaja a la inversa.

As como una bomba absorbe energa mecnica y restituye energa al fluido; una turbina absorbe energa del fluido y restituye energa mecnica. Tericamente, suministrando energa hidrulica a la mquina, e invirtiendo el flujo, una bomba podra trabajar como turbina. Prcticamente, el rendimiento sera muy bajo, y a veces nulo. Elementos constitutivos

Los elementos constitutivos de una turbina son anlogos a los de una bomba; pero colocados en orden inverso. Fig 7. Los nmero entre parntesis se refieren a esta figura.

Canal de llegada (lmina libre) o tubera forzada (flujo a presin) (N1). Corresponde a la tubera de impulsin de una bomba.

Caja espiral (N2) transforma presin en velocidad. En una bomba velocidad en presin.

Distribuidor. Corresponde a la corona directriz en una bomba, pero en una turbina transforma presin en velocidad y acta como tobera. En una bomba, acta como difusor.

Rodete. A las bombas centrfugas con flujo en el rodete hacia el exterior corresponde el tipo de turbinas centrpetas con flujo en el rodete hacia el interior.

Tubo de aspiracin (N3) Corresponde a la tubera de aspiracin de una bomba. En una turbina es el rgano de desage, pero se llama tubo de aspiracin porque crea una aspiracin o depresin a la salida del rodete; mientras que en las bombas constituye la tubera de admisin y crea tambin una depresin a la entrada del rodete. FORMULAS A EMPLEAR.

ALTURA UTIL DE UNA TURBOMAQUINA

CAUDAL EN LA PLACA ORIFICIO

(m3/s)

H: mmHg

POTENCIA HIDRAULICA (Ph )

POTENCIA ELECTRICA (Pe)

CALCULO DE LA EFICIENCIA DEL GRUPO (%)

Como Turbina:

Como Bomba:

3ESQUEMA DEL EQUIPAMIENTO Y SUS ESPECIFICACIONES DE LA INSTALACIONA continuacin se muestra una foto tomada del experimento Bomba-Turbina, en el cual se puede apreciar la instalacin.En esta foto se podemos observar una vista completa de la maquina utilizada.

En esta foto podemos visualizar al generador, el cual aprovechara la energa cuando la maquina trabaje como turbina.

En esta foto se ha tomado al tablero de control, en el cual se encuentran los mandos para la corriente y voltaje, tendremos q asumir q no hay perdidas para hacer los clculos requeridos.

4PROCEDIMIENTO DEL EXPERIMENTO

OPERACIN COMO TURBINA

Ensayo con generador, sin regulador

Antes del Arranque debemos de verificar lo siguiente:

1. El regulador este desenganchado (es decir el eje, y los alabes directrices). Los alabes directrices estn colocados y asegurados en la posicin inicial escogida.

2. La vlvula by pass y la vlvula de la bomba estn cerradas.

3. Sobre el panel elctrico:

Switch MOTOR GENERADOR este en la posicin generador.

Switch LOAD MASTER SWITCH en posicin ON.

Ninguna carga (LOADS) deben estar encendidas.

Arranque de la Turbina.

1. Conectar el switch d la alimentacin elctrica.

2. Poner el botn SUPPLY en ON

3. Arrancar la bomba de servicio(El arrancador esta fuera del panel)

4. Dejar que la turbina gire unos cuantos minutos para que se estabilice.

5. Arrancar las pruebas a ensayar.

Procedimiento.

Para cada posicin de los alabes directrices y a la misma velocidad de rotacin:

1. Cambiar la carga de manera que la turbina Francis gire ala velocidad de ensayo.

2. Medir la presin en los manmetros.

3. Medir la cada de presin en el medidor de flujo.

4. Tabular los datos.

5. Cambiar la posicin de los alabes directrices y repetir los pasos anteriores.

OPERACIN COMO BOMBA

Antes del Arranque debemos de verificar lo siguiente:

1. Los alabes directrices estn colocados en la posicin deseada y cuidadosamente asegurados por la tuerca abrazadera.

2. Asegurarse que la vlvula de la bomba de servicio y la vlvula by pass estn cerradas.

3. Sobre el panel elctrico:

Switch MOTOR GENERADOR este en la posicin motor.

Switch LOAD MASTER SWITCH en posicin OFF.

Ninguna carga (LOADS) deben estar encendidas.

Arranque de la Bomba.

1. Colocar el rectificador y el panel bajo tensin, por medio del switch de la alimentacin de energa externa.

2. Poner el botn suplly en ON.

3. Abrir la vlvula by pass para cada medida.

4. Iniciar las pruebas de ensayo.

Procedimiento.

Para cada posicin de los alabes directrices y a la misma velocidad de rotacin:

1. Cambiar la posicin de la vlvula reguladora de caudal.

2. Medir la presin en los manmetros.

3. Medir la cada de presin en el medidor de flujo.

4. Tabular los datos.

5. Cambiar la posicin de los alabes directrices y repetir los pasos anteriores.

5DATOS OBTENIDOSLpalanca=0.4m

Z2-Z1=0.152m

N=1500

BOMBA=30

PuntoP2 (psi)P1 (Kpa)h (mmHg)V (V)I (A)

18041566.4

270181667.4

350331677.3

44-1401667.3

53-2451667.3

62.5-2501677.2

Tabla1BOMBA=20


18041566.4

270181667.4

350331677.3

44-1401667.3

53-2451667.3

62.5-2501677.2

Tabla2TURBINA=30


08.51251600

18.51261411

2103331372

3134451573.5

414.24501524.5

5154531516.5

6164571476.3

7165561366.6

Tabla3TURBINA=20


084201410

1112291571

211.52311432.1

3130401503.4

4140411424.3

5150431425.2

6160471385.1

717.50511467.1

Tabla45 CLCULOS Y RESULTADOS

BOMBA =30

PuntoQ (m3/s)H BOMBAPh(Kw)Pelect(Kw)eficiencia

10.00435.770.2460.99824.6

20.00925.070.4581.22837.3

30.01253.660.4491.21936.8

40.01373.060.4131.21234.1

50.01462.460.3521.21229.1

60.01542.110.3181.20226.5

Tabla5BOMBA =20


10.00435.770.2460.99824.6

20.00925.070.4581.22837.3

30.01253.660.4491.21936.8

40.01373.060.4131.21234.1

50.01462.460.3521.21229.1

60.01542.110.3181.20226.5

Tabla6TURBINA =30


10.01096.020.6420.0000.0

20.01116.020.6540.14121.6

30.01256.870.8410.27432.6

40.01468.871.2690.55043.3

50.01549.721.4650.68446.7

60.015810.281.5950.98261.5

70.016410.981.7670.92652.4

Tabla7TURBINA =20


10.00975.360.5110.0000.0

20.01177.670.8810.15717.8

30.01218.030.9520.30031.5

40.01379.281.2510.51040.8

50.01399.981.3630.61144.8

60.014210.691.4940.73849.4

70.014911.391.6640.70442.3

Tabla86GRAFICOS DEL EXPERIMENTOFUNCIONANDO COMO TURBINA

Grafica1. Altura de la turbina en funcin del caudal.

Grafica2. Potencia hidrulica en funcin del caudal.

Grafica3. Potencia elctrica en funcin del caudal.

Grafica4. Eficiencia total versus el caudal.FUNCIONANDO COMO BOMBA.

Grafica5. Altura de la bomba en funcin del caudal.

Grafica6. Potencia hidrulica en funcin del caudal.

Grafica7. Potencia elctrica versus el caudal.

Grafica8. Eficiencia total en funcin del caudal.7OBSERVACIONES

De las graficas de Potencia vs Caudal, podemos observar que cuando trabaja como bomba al aumentar el caudal, las Potencia se igualan indiferentemente del ngulo del alabe, mientras cuando lo hace como turbina la tendencia de las curvas de la Potencia tienden a separarse.

De las graficas de Eficiencia vs. Caudal notamos que para el ngulo del alabe de 20 y un mismo caudal la eficiencia es mayor cuando trabaja como bomba que cuando lo hace como turbina.

Como turbina el rendimiento se incrementa a partir de cero y de un caudal mnimo caudal de vaco), hasta un pico que es el punto nominal de funcionamiento, y decrece lentamente a medida que se incrementa el caudal. Como turbina la eficiencia es mayor para ngulos de alabe de 20 que cuando el ngulo del alabe es 30. De las grficas, se puede visualizar que el punto de mejor eficiencia en el modo bomba no se corresponde para la misma combinacin de valores de altura y caudal para el punto de mejor eficiencia en el modo turbina.

8CONCLUSIONES Para que la turbina comience a generar, el flujo debe exceder un valor mnimo (caudal de vaco). La potencia nominal entregada como turbina aumenta progresivamente aun por encima de la altura nominal. El punto de ptimo funcionamiento es ms alto como turbina que como modo bomba lo que representa un torque mayor en el eje.

La bomba turbina necesita de un altura neta mayor cuando trabaja como bomba a fin de que la turbina pueda operar en el Punto de Mayor eficiencia. La bomba turbina es de menor costo que una turbina convencional, lo que nos podra dar una mayor utilidad en el aspecto industrial. Como bomba la eficiencia se incrementa, con el aumento del flujo, a partir de cero y caudal nulo hasta llegar a un punto mximo o pico (punto nominal de funcionamiento de la mquina). A partir de ese punto decrece a medida que se sigue aumentando el flujo.

9BIBLIOGRAFIA

-Manual del Laboratorio de Ingeniera Mecnica III

-Mecnica de Fluidos

Autores: Merle C. Potter y David C. Wiggert

-El Laboratorio Del Ingeniero MecnicoAutor: Jesse Seymour Doolittle

Ed. Hispano Americana S.A. / Buenos Aires, 1971

-Bombas. Su Seleccin Y AplicacinAutor: Tyler G. Hicks

Ed. Universal ... (1960)

-Turbomquinas IAutor: M. Salvador G.

Ed. Ciencias.

APENDICECentrales de Bombeo

La Figura representa un esquema de estas centrales de bombeo, que se multiplican hoy en Europa y en el mundo entero. El embalse superior puede ser natural o artificial. La mquina elctrica suele ser nica: mquina sncrona, que funciona como alternador cuando se est turbinando y como motor sncrono cuando se est bombeando al estanque superior. La tubera forzada es tambin nica con flujo en ambos sentidos.

Fig. 6: Central de Bombeo

El principio bsico de una central de bombeo es el siguiente: En los perodos de poca demanda de energa se utiliza energa sobrante de la red, proveniente de otras centrales conectadas elctricamente con la central de bombeo, para bombear agua del nivel de aguas abajo al embalse superior. As en las horas de consumo reducido puede haber un excedente de energa proveniente de los grupos de las centrales trmicas y nucleares conectadas a la misma red, que piden una gran regularidad de marcha. Este excedente de energa puede utilizarse para bombeo. En las puntas de energa se turbina el agua desde el embalse superior con gran altura de salto, funcionando entonces la mquina elctrica reversible como alternador.

Las soluciones son mltiples. En el esquema de la figura hay dos mquinas hidrulicas, una bomba y una turbina accionadas en sentido contrario por la misma mquina elctrica. Modernamente se ha creado la mquina hidrulica reversible, bomba-turbina, de buen rendimiento; aunque para mejorar el rendimiento como bomba se sacrifique algo el rendimiento de la turbina. Otra solucin mejor pero ms cara, es acoplar la bomba turbina a una mquina elctrica que pueda girar a dos velocidades distintas, con lo que se consigue un rendimiento grande en la mquina hidrulica.

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bomba turbina (1)

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