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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$+ GB+ con el Molino estbroo + )ue
iluminaba sus calles ?!covive.comC.
Docente: Ms. Ing. Luis Julca Verástegui.
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Ma)uinaria de la primera central
hidroel-ctrica de suministro el-ctrico pHblico en 4DD4
?!covive.comC. !l sistema funcionaba con una rueda
hidráulica en el r"o e$ $ 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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