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UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANSISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD TECNOLOGICA
PROGRAMA CURRICULAR DE INGENIERIA MECANICA
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LA
TURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES
HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
SERGIO ARMANDO BUITRAGO GARZÓN
EDGAR HUMBERTO ALVARADO PLAZAS
SEA (Semillero de Energías Alternativas)
Pequeñas Centrales Hidroeléctricas
BOGOTA D.C.
2015
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LA
TURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES
HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
SERGIO ARMANDO BUITRAGO GARZON
EDGAR HUMBERTO ALVARADO PLAZAS
Informe Final del Trabajo de Grado para optar por el titulo de Ingenieria Mecanica
Docente: Ing. Camilo Arias
UNIVERSIDAD DISTRITAL
FACULTAD TECNOLOGICA
INGENIERIA MECANICA
BOGOTA D.C.
2015
1
TABLA DE CONTENIDO
ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................................................. 4
ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................................... 5
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES .................................................................................................................. 7
1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 8
2. DELIMITACIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................ 8
2.1. TECNOLOGIAS DE TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA INSTALADAS ............. 9
2.2. OFERTA HIDRICA EN LA REGIÓN ANDINA .......................................................... 12
2.3. DIAGNÓSTICO DE LA SITUACIÓN........................................................................... 15
3. ESTADO DEL ARTE ............................................................................................................. 16
4. JUSTIFICACIÓN .................................................................................................................... 18
5. OBJETIVOS ............................................................................................................................ 19
5.1. OBJETIVO GENERAL .................................................................................................. 19
5.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................ 19
6. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................ 20
6.1. LA TURBINA DE FLUJO CRUZADO......................................................................... 22
6.2. CARACTERÍSTICAS DE LA TFC ............................................................................... 23
6.3. CAMPO DE APLICACIÓN ........................................................................................... 23
6.3.1. PICO HIDROENERGÍA ......................................................................................... 23
6.4. PARTES DE LA TURBINA .......................................................................................... 24
6.5. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO .......................................................................... 24
6.6. VENTAJAS FUNCIONALES DE LA TURBINA DE FLUJO CRUZADO .............. 25
6.7. TEORIA DEL DISEÑO .................................................................................................. 26
6.8. CARACTERISTICAS DE LA ZONA DE ESTUDIO .................................................. 27
6.9. ASPECTOS DEMOGRAFICOS Y TECNICOS ......................................................... 31
6.10. ANÁLISIS DIMENSIONAL ....................................................................................... 32
6.10.1. LEYES DE SEMEJANZA DE LAS TURBOMÁQUINAS ............................. 33
6.10.2. LEYES DE SEMEJANZA PARA TURBINAS ............................................... 36
6.10.3. NÚMERO ESPECÍFICO DE REVOLUCIONES O NÚMERO DE
CAMERER ............................................................................................................................... 38
7. DISEÑO DE LA TURBINA PARA CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA
REGIÓN ANDINA .......................................................................................................................... 40
2
7.1 PARAMETROS DE DISEÑO ....................................................................................... 40
7.2 DISEÑO HIDRÁULICO DE LA TURBINA MICHEL BANKI ................................... 45
7.2.1 SOLUCIÓN DE TRIÁNGULOS DE VELOCIDADES ....................................... 48
7.2.2 DISEÑO DEL ROTOR ........................................................................................... 50
7.2.2.1 SELECCIÓN DE NÚMERO DE ALABES ...................................................... 52
7.2.2.2 ANCHO DEL RODETE ..................................................................................... 53
7.2.2.3 GEOMETRÍA DEL ALABE ............................................................................... 54
7.2.3 DETERMINACIÓN DE LA GEOMETRÍA DEL INYECTOR ............................ 57
7.2.4 DETERMINACIÓN DE LA GEOMETRÍA DEL ALABE REGULADOR ........ 58
7.3 VALORES FINALES DEL DISEÑO DE LA TURBINA ............................................ 60
8. ANÁLISIS DIMENSIONAL Y REDISEÑO A ESCALA DE LA TURBINA .................... 63
8.1 CONDICIONES DE DIMENSIONAMIENTO .............................................................. 64
8.1.1 Caudal de Trabajo ................................................................................................ 64
8.1.2 Altura ....................................................................................................................... 65
8.1.3 Velocidades especificas ..................................................................................... 65
8.2 CALCULO DE PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO DEL PROTOTIPO ..... 66
8.2.1 RPM del prototipo ................................................................................................ 67
8.2.2 Diámetro de rodete del prototipo ..................................................................... 68
8.2.3 Caudal de diseño del prototipo ........................................................................ 69
8.2.4 Potencia y Velocidad especifica del prototipo ............................................. 70
8.3 REDIMENSIONAMIENTO DE LA TURBINA ............................................................ 71
9. PROCESO DE FABRICACIÓN DEL PROTOTIPO A ESCALA .................................... 72
9.1. CONSIDERACIONES DE LA FABRICACIÓN ......................................................... 72
9.2. SELECCIÓN DE MATERIALES .................................................................................. 73
9.3. CONSTRUCCION DEL PROTOTIPO......................................................................... 73
10. SELECCIÓN DE INSTRUMENTOS DE MEDICION Y ACCESORIOS ........................ 76
10.1. FRENO PRONY .......................................................................................................... 77
10.2. ADECUACIONES REALIZADAS ............................................................................ 77
11. PRUEBAS ............................................................................................................................... 78
11.1. ANÁLISIS DE DATOS .............................................................................................. 80
12. APLICACIÓN DE TURBINA MICHEL BANKI EN REGION ANDINA .......................... 83
13. EVALUACIÓN ECONOMICA DEL PROYECTO .............................................................. 88
3
14. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 89
15. RECOMENDACIONES ......................................................................................................... 91
16. BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................... 92
17. WEBGRAFIA .......................................................................................................................... 93
18. ANEXO 1: FICHAS TECNICAS .......................................................................................... 94
19. ANEXO 2. MANUAL Y PRACTICA DE LABORATORIO ............................................... 97
4
ÍNDICE DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Capacidad Energética Instalada en Colombia. .................................................... 9
Figura 2. Capacidad Instalada por ciudades y regiones nacionales ................................. 10
Figura 3. Diagrama de selección de turbinas ................................................................... 21
Figura 4. Flujo de caudal a través de la turbina................................................................ 25
Figura 5. Rangos de operación dela TFC considerando potencia, cabeza de presión y revoluciones ............................................................................................................. 27
Figura 6. Rango de Nq para la TFC según el fabricante Ossbeger ................................. 43
Figura 7. Campo de aplicación Turbina Flujo Cruzado ..................................................... 44
Figura 8. Triangulo de velocidades de una turbina de acción ........................................... 46
Figura 9. Triángulos de velocidades en 1era y 2da etapa de turbina Michell Banki ......... 47
Figura 10. Triángulos de velocidad de Turbina Michell Banki ........................................... 48
Figura 11. Dimensiones principales de Rotor ................................................................... 51
Figura 12. Características del álabe ................................................................................. 54
Figura 13. Perfil del inyector propuesto por la U.N.L.P. .................................................... 58
Figura 14. Perfil del álabe propuesto por la U.N.L.P. ....................................................... 59
Figura 15. Curva de rendimiento de bomba instalada en el banco de pruebas ................ 65
Figura 16. Diagrama de freno prony ................................................................................ 77
Figura 17. Graficas de funcionamiento de bomba en sistema abierto. ............................. 78
Figura 18. Eficiencia de la turbina en función del caudal .................................................. 81
Figura 19. Altura de la turbina en función del Caudal ....................................................... 81
Figura 20. Torque obtenido en función de las revoluciones por minuto ............................ 82
Figura 21. Potencia obtenida en función de las revoluciones por minuto ......................... 82
Figura 22. Eficiencia obtenida en función de las revoluciones por minuto ........................ 83
5
ÍNDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Distribución de la oferta hídrica y caudales por Áreas ........................................ 12
Tabla 2. Rendimientos promedio por área hidrográfica .................................................... 12
Tabla 3. Calificación de los rangos de valores del IRH .................................................... 14
Tabla 4. Oferta hídrica del área hidrográfica Magdalena Cauca ...................................... 15
Tabla 5. Estudios teóricos cobre turbinas de flujo cruzado. ............................................. 17
Tabla 6. Estudios experimentales de turbinas de flujo cruzado. ....................................... 17
Tabla 7. Clasificación de las turbinas hidráulicas. ............................................................ 20
Tabla 8. Características de las Turbinas Hidráulicas........................................................ 21
Tabla 9. Caracterización de la cuenca de la quebrada la Resaca .................................... 29
Tabla 10. Mediciones Básicas Microcuenca Quebrada la Resaca. .................................. 29
Tabla 11. Clasificación de las PCH según potencia instalada .......................................... 41
Tabla 12. Clasificación de las PCH según caída .............................................................. 41
Tabla 13. Unidades empleadas en velocidades específicas. .......................................... 43
Tabla 14. Evaluación de opciones de diseño ................................................................... 45
Tabla 15. Variación del Ángulo del álabe ......................................................................... 49
Tabla 16. Variación de rpm de acuerdo al diámetro ......................................................... 52
Tabla 17. Numero óptimo de álabes ................................................................................ 53
Tabla 18. Dimensiones del inyector según la U.N.L.P. ..................................................... 57
Tabla 19. Dimensionamiento del álabe regulador para el diseño de la Turbina ................ 58
Tabla 20. Dimensiones del álabe regulador según la U.N.L.P. ........................................ 59
Tabla 21. Dimensionamiento del álabe regulador para el diseño de la Turbina ................ 60
Tabla 22. Posibles soluciones de Diseño de turbina variando diámetro de rodete ........... 62
Tabla 23.Resultados finales del diseño de la turbina Michell Banki.................................. 63
Tabla 24. Opciones de diseño para dimensionamiento .................................................... 64
Tabla 25. Datos para análisis dimensional ....................................................................... 66
Tabla 26. Iteración #3 para rpm del prototipo por leyes de semejanza. ........................... 67
Tabla 27. Iteración para diámetro del prototipo por leyes de semejanza. ......................... 68
Tabla 28 Iteración para caudal del prototipo por leyes de semejanza .............................. 69
Tabla 29. Condiciones del diseño del prototipo por leyes de semejanza.......................... 70
Tabla 30. Comparación de resultados obtenidos ............................................................. 71
Tabla 31. Tabla de resultados de pruebas del prototipo. .................................................. 80
Tabla 32. Oferta Hídrica de la Zona Hidrográfica Magdalena - Cauca ............................ 84
Tabla 33. Correlación de caudales representativas de las áreas hidrográficas. ............... 85
6
Tabla 34. Principales características técnicas de los generadores hidráulicos del sistema eléctrico colombiano. ............................................................................................... 86
Tabla 35. Caracterización de los ríos de la región andina. ............................................... 87
Tabla 36. Tabla de costos de fabricación ......................................................................... 88
7
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1. Zonificación Hidrográfica de Colombia. ....................................................... 11
Ilustración 5. Rendimiento hídrico en Colombia para año húmedo................................... 13
Ilustración 2. Consumo de energía comercializada a nivel mundial ................................. 18
Ilustración 3. Turbina de Flujo Cruzado (TFC) ................................................................ 22
Ilustración 4. Parte de una Turbina .................................................................................. 24
Ilustración 6. Esquema de un aprovechamiento hidroeléctrico fluyente con derivación. ... 30
Ilustración 7. Banco de pruebas destinado para instalación del prototipo. ....................... 72
Ilustración 8. Prototipo de la Turbina a Fabricar ............................................................... 73
Ilustración 9. Corte de Laminas para construcción. .......................................................... 74
Ilustración 10. Ensamblaje de componentes .................................................................... 75
Ilustración 11. Aplicación de masilla plástica y acabados. ............................................... 75
Ilustración 12. Aplicación de anticorrosivo y pintura al prototipo. ..................................... 76
Ilustración 13. Prototipo construido y ensamblado ........................................................... 76
Ilustración 14. Instalación de Prototipo en Banco de Pruebas .......................................... 78
Ilustración 15. Ejecución de pruebas del prototipo ........................................................... 79
|
8
1. INTRODUCCIÓN
Cada vez muchas más personas se sensibilizan de la débil situación de nuestro medio ambiente, especialmente en el efecto invernadero producto de nuestra contaminación en masa. Por este motivo, muchos han desarrollado tecnologías que permiten aprovechar la disponibilidad de recursos del planeta para producir energía y hacerla llegar a quienes no la tienen. Las energías limpias se presentan como una gran solución a este problema, ya que no genera residuos como consecuencia de su uso, aunque no está exento de contaminar, la proporción y el tipo de contaminante se considera leve.
Una de las finalidades del estudio a realizar es brindar una alternativa sostenible, con mínimo impacto al medio ambiente y con tecnología de bajo costo útil, en respuesta a la demanda energética que está presente en comunidades aisladas del sistema de interconexión eléctrica colombiana; por medio de máquinas como la turbina Michell Banki, la cual tiene un gran campo de aplicación y que puede reemplazar otras que son más complejas o inaccesibles.
La turbina de flujo cruzado o turbina Michell Banki es una maquina hidráulica usada para pequeños aprovechamiento hidroeléctricos a través de un flujo transversal del agua. A diferencia de otras turbinas, presenta un diseño sencillo, se construye fácilmente y requiere de un costo relativamente menor, de igual forma, su aplicación no se ve afectada por el caudal suministrado ya que cuenta con una alabe regulador y no influye su diseño; obteniendo eficiencias aceptables con varios rangos de caudal.
De esta forma, el trabajo está dirigido a evaluar experimentalmente el desempeño de una turbina Michell Banki por medio del diseño, la construcción y la adecuación de un prototipo de pruebas, partiendo de las características geográficas y demográficas existentes en la región andina colombiana, y que así mismo, permita la apropiación de estos métodos de transformación de energía y contribuya al desarrollo académico de estas nuevas tecnologías.
2. DELIMITACIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Gracias a sus características hidrográficas, el sistema nacional interconectado de generación eléctrica tiene cerca de 5,100 GW de capacidad instalada de generación, con una composición de 68% en plantas hidroeléctricas, 27% en plantas termoeléctricas y un 5% en otras,1y en las diferentes regiones del país se encuentran montajes de PCH en los cuales se han instalado turbinas hidráulicas en pequeñas derivaciones, sobre los cauces de los ríos, e incluso se han implementado en las redes de distribución “La hidroelectricidad es un método altamente eficiente en la generación de electricidad y no contamina. Sólo es aconsejable para los países que tienen climas y topografías apropiadas, como Colombia, donde hay un gran desarrollo de estas infraestructuras.”2
1 Informe Mensual de Oferta y Generación. www.xm.xom.co Octubre, 2013 2 Información: obtenida en: http://www.mineducacion.gov.co/cvn/1665/article-117028.html
9
Para el Banco Mundial, Colombia es el cuarto país con más recursos hídricos con un caudal promedio de 66.440m3/s. El promedio de caudal y aridez, en términos generales a un volumen anual de 2.113 km3 en un área total de 1.141.748 km2, teniendo en la región nororiental los menores volúmenes hídricos y la región Pacífico occidental los volúmenes más altos.3. Entre las cuencas más destacadas está la del Río San Juan y Patía, de la vertiente del Pacífico con 10% del caudal promedio nacional; ríos Magdalena, Cauca, Atrato y Bogotá de la vertiente del Caribe con 24%; ríos Orinoco, Arauca, Meta, Vichada y Guaviare, de la vertiente de la Orinoquia con 32%; ríos Amazonas, Caquetá, Vaupés, Putumayo de la vertiente de la Amazonia, con 34%.4
2.1. TECNOLOGIAS DE TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA INSTALADAS
Dentro de la información mostrada a continuación se puede dar una imagen de la evolución y el comportamiento de algunas de las variables del sistema de generación y del mercado eléctrico colombiano; se puede resaltar la descripción general del parque generador eléctrico colombiano, el aporte de cada una de las tecnologías y la participación de los agentes, en agosto de 2014 se registró una capacidad total instalada de 14,620.3 MW; La información de la capacidad instalada por tipo de tecnología/recurso disponible para la generación de electricidad y su participación porcentual se ilustra en la siguiente figura:
Figura 1. Capacidad Energética Instalada en Colombia.5
Se pueda observar que la capacidad energética generable con la tecnología hidráulica es la de mayor proporción gracias a la riqueza en recursos; pero esto contrasta con la
3Ochoa Rubio, Tomás Centrales hidroeléctricas [Book]. - Bogotá: Ediciones Gran Colombia, 2002. 4Martínez Andrés G. Toda Colombia es mi pasión [Online]. - 2005. - Mayo 2011. - www.todacolombia.com. 5 Grafico tomado de: (informe mensual de variables de generación y del mercado eléctrico colombiano – agosto de 2014 subdirección de energía eléctrica – grupo de generación) agosto 2014.
10
capacidad instalada, a pesar de ser la de mayor proporción, aún tiene un gran potencial por explotar; de aquí la importancia de este tipo de investigaciones.
Figura 2. Capacidad Instalada por ciudades y regiones nacionales6
En la región que hace parte del estudio se observa gran capacidad instalada, gracias a sus abundantes recursos hídricos, la energía generada con esta tecnología tiene una participación a nivel nacional del 67 %.
6 [Ibíd.]
11
Ilustración 1. Zonificación Hidrográfica de Colombia.7
En la ilustración 1 se muestra la zonificación hidrográfica de Colombia, de esta manera la zona a evaluar es la zona de Magdalena Cauca, según la legislación de las PCH, el uso de energías renovables en Colombia fue estimulado por medio de la Ley 697-20018 “mediante la cual se fomenta el uso racional y eficiente de la energía, se promueve la utilización de energías alternativas”, por medio de estímulos para la investigación a través de Colciencias y préstamos para educación por medio del ICETEX. En esta Ley, además, se crea Proure: Programa de Uso Racional y Eficiente de la energía y demás formas de energía no convencionales, cuyo objeto es aplicar gradualmente programas para que toda la cadena energética cumpla permanentemente con los niveles mínimos de eficiencia energética, sin perjuicio de lo dispuesto en la normatividad vigente sobre medio ambiente y recursos naturales renovables. En Colombia la producción de energía está íntimamente relacionada con el agua, para nuestro caso en el país se puede decir que la disponibilidad de energía depende directamente de la cantidad de agua almacenada en los embalses. En la figura 13 se pueden observar las PCH’s que se han instalado hasta el 2009 y evidencia el desarrollo que ha tenido Colombia en cuanto a las mismas. Sin embargo, Colombia cuenta solo con 4 Mini centrales Hidroeléctricas que tienen Turbinas Michel Banki, por ello se hace importante el implementar este tipo de centrales en el país.
7Imagen tomada de: Diagnostico del Agua en las Américas, Red interamericana de Academias de Ciencias; Foro consultico científico y tecnológico; Galicia, José; Jiménez, Blanca; 2010 8Ley de Energías Renovables, Congreso de Colombia, 2001 http://www.colciencias.gov.co/normatividad /ley-697-de-2001consultada el 01 de noviembre de 2013
12
En las tablas 1 y 2 se muestra la oferta hídrica y el rendimiento promedio de las áreas hidrográficas observando que la región Magdalena – Cauca tiene un porcentaje y caudal promedio relativamente bajo con respecto a las otras zonas y un rendimiento bajo relacionado a la longitud de sus vertientes.
Tabla 1. Distribución de la oferta hídrica y caudales por Áreas9
Tabla 2. Rendimientos promedio por área hidrográfica10
2.2. OFERTA HIDRICA EN LA REGIÓN ANDINA
En el caso que se presenta se toma como base del análisis de la implementación de PCH en la región Andina de Colombia, esta comprende las tres cordilleras, sus valles, mesetas y vertientes.
En la región andina de Colombia es donde se desarrolla la mayor parte de la actividad económica y cultural, su territorio está comprendido en los departamentos de Nariño, Cauca, Valle del Cauca, Chocó, Antioquia, Risaralda, Caldas, Quindío, Tolima, Huila, Cundinamarca, Boyacá, Santander, Norte de Santander, Cesar, Arauca, Casanare, y Putumayo.
Para la producción de energía el sistema más utilizado es el hidroeléctrico que corresponde a un (76%), este requiere de la construcción de grandes represas, donde los consumos de agua se dan por evaporación de los embalses, y la mayor parte se
9 Tomada de: (informe mensual de variables de generación y del mercado eléctrico colombiano – agosto de 2014 subdirección de energía eléctrica – grupo de generación) agosto 2014. 10 [Ibíd.]
13
retorna al drenaje natural, aguas abajo de la presa. El otro sistema utilizado en el país es el térmico de combustible fósil (24%), que, al igual que las plantas nucleares y geotérmicas, requiere de grandes cantidades de agua, como refrigerante y produce grandes perjuicios al medio ambiente sumándose a la crisis ambiental que vive el mundo.
Proyectos como el de “La encarnación” (Antioquia)11 usan una turbina de flujo cruzado tipo Michel Banki, la cual cuenta con captación lateral a filo de agua, con caída neta de 40m y logran generar 55 kW a 1800 rpm, 60Hz; también cuenta con una elevadora eléctrica tipo patio y un banco de tres transformadores elevadores monofásicos, de 37.5 KVA de 20/240/13200 Voltios, 60Hz, cubriendo 420 hogares de la zona.
Ilustración 2. Rendimiento hídrico en Colombia para año húmedo12
Al comparar los caudales en condiciones de año con los promedios se aprecia que en el área Magdalena-Cauca se reduce en 56%. En el Pacifico la reducción alcanza el 41% y ene le Caribe un 44%. Las menores reducciones en la oferta respecto a la condición de año medio se presentan en el área del Orinoco, con 39%, y Amazonas, con 32%. El gobierno Nacional ha dispuesto a través del Instituto Colombiano de Energía Eléctrica ICEL y el Instituto de Ciencias Nucleares INEA el diseño de PCH, para mejorar
11 [Ibíd.] 12 Informe mensual de variables de generación y del mercado eléctrico colombiano – agosto de 2014 subdirección de energía eléctrica – grupo de generación; agosto 2014.
14
la calidad de vida de colombianos que habitan en zonas apartadas de la red de interconexión eléctrica.
La finalidad de la puesta en funcionamiento de PCH es atender con energía eléctrica a municipios marginados, como los que existen en departamentos como Antioquia, Huila, Caldas, Cundinamarca. Etc.
Por ello, es necesario avanzar en temas de generación energética de bajo impacto ambiental (PCH); En el caso analizado en el proyecto los impactos de carácter negativo en el ambiente de la región seleccionada son menores, debido a que en este tipo de obras su adecuación en infraestructura tiene un bajo impacto y estas mismas se hacen de forma manual, tratando de aprovechar al máximo las condiciones presentes en el ecosistema, y utilizando al máximo las condiciones humanas y físicas del entorno.
La región Andina Colombiana presenta unas características que favorecen la implementación de PCH, esta zona presenta una gran actividad económica, una gran cantidad de asentamientos, y una riqueza hídrica abundante.
Al plantear la utilización de una PCH en la Región Andina se hacen necesarias algunas condiciones que garanticen el funcionamiento del montaje para que cause un impacto positivo en la región, entonces el índice de regulación hídrica será un factor determinante en el estudio.
Índice de retención y regulación hídrica (IRH)
De acuerdo con la metodología presentada antes, la obtención de este indicador se basó fundamentalmente en la curva de duración de caudales medios diarios para las estaciones seleccionadas. Su estimación resulta de la relación entre el volumen representado por el área que se encuentra por debajo de la línea del caudal medio y el correspondiente al área total bajo la curva de duración de caudales diarios.
Tabla 3. Calificación de los rangos de valores del IRH13
Las condiciones de funcionamiento del proyecto se basan en gran media en este indicador; se busca solucionar el problema de suministro de energía y que a su vez este
13 IDEAM, Oferta e indicadores hídricos en 309 sub-zonas hidrográficas para condiciones hidrológicas medias
y secas. Estudio Nacional del Agua 2010
15
servicio básico sea autosustentable gracias al abastecimiento de agua de forma constante durante el año.
Tabla 4. Oferta hídrica del área hidrográfica Magdalena Cauca14
Gracias a la oferta hídrica de las región analizada, podemos observar que el caudal estimado para la región del alto magdalena está entre los 25 y 50 mᶟ/s; en el medio magdalena observamos caudales estimados entre 15 y 100 mᶟ/s; y en la región del Catatumbo de 10 a 25 mᶟ/s; esto nos da una imagen del potencial hidroeléctrico de la zona; en la cuenca del Huila podemos encontrar alturas que van desde los 790 msnm a 900 msnm; estas alturas sumado a los caudales medios; convierte las áreas mostradas en zonas de gran potencial para la generación Hidroeléctrica, esto lo podemos observar en la capacidad instalada.
2.3. DIAGNÓSTICO DE LA SITUACIÓN
Es un tema de suma importancia para todos, atender con energía eléctrica a zonas marginadas que hasta el momento no cuenten con este servicio. Así mismo, es nuestro deber buscar alternativas que mitiguen un poco el impacto tan severo que se genera en el medio ambiente por la transformación y uso de la energía, venga de la fuente que venga, llámese renovable o no, de fuentes fósiles o generadas por la naturaleza.
La ventaja que tiene la generación de energía por fuentes hídricas, es que no produce emisión de gases, ni lluvia acida, ni necesita ningún acondicionamiento de temperatura, el compromiso es lograr una sinergia entre lo que se consume y lo que genera el planeta, permitiendo la búsqueda de nuevas alternativas como las que pequeñas centrales hidroeléctricas P.C.H. que facilite la interconexión al sistema o el suministro de energía en comunidades apartadas.
El problema del presente estudio es aprovechar los recursos hídricos con los que cuenta la región andina colombiana, para realizar el diseño y la fabricación de un prototipo de la turbina Michell Banki a escala para su posterior montaje y puesta a
14 Tabla tomada de: (informe mensual de variables de generación y del mercado eléctrico colombiano – agosto de 2014 subdirección de energía eléctrica – grupo de generación) agosto 2014.
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prueba en condiciones de laboratorio de mecánica de fluidos de la facultad tecnológica, además de las adecuaciones necesarias para su montaje en el banco destinado que permita evaluar su funcionamiento. A partir de eso, proponer mejoras encaminadas a facilitar su operación y mantenimiento, no solo porque beneficiara a los estudiantes con herramientas didácticas que permitan apropiarse de dicho conocimiento sino que contribuye al avance de nuevas energías limpias que busquen un beneficio inmediato al medio ambiente.
3. ESTADO DEL ARTE
El inventor de la turbina de flujo cruzado, también conocida como turbina Banki (o Michell-Banki) fue el ingeniero Australiano A.G.M. Michell, quien obtuvo una patente para esta máquina en 1903. La turbina fue basada en la teoría de Poncelet, ingeniero francés (1788-1867) quien desarrolló la clásica rueda hidráulica de eje horizontal. No hay información adicional sobre la patente de Michell. El profesor húngaro Donat Banki en la ex Alemania Occidental hizo un trabajo extensivo sobre esta máquina entre 1912 y 1918.15
Durante sus investigaciones y a través de una series de publicaciones encontraron que para obtener una excelente eficiencia, el ángulo de entrada del agua hacia el álabe debe ser lo más mínimo posible. Con dicha suposición, era posible determinar los ángulos de entrada y salida del rotor, ancho del mismo, la forma del flujo a través de este, la geometría del alabe, entre otros.
Haciendo esto, expresó el rendimiento máximo posible de la turbina, considerando todas las perdidas posibles presentes en el inyector y rotor de la siguiente forma:
𝜂𝑚á𝑥 = 0.771 − 0.384 𝐷𝐻⁄ (1)
Donde D es el diámetro de la turbina y H la altura total.
Luego de la investigación realizada por Michell – Banki, y con el objetivo de adquirir una mayor eficiencia, Sonnek modificó la teoría de Banki en 1923 asumiendo un ángulo de álabe constante de 30º16, dejando la expresión de la siguiente forma:
𝜂𝑚á𝑥 = 0.863 − 0.264 𝐷𝐻⁄ (2)
Dicha ecuación ha perdurado durante todos los estudios realizados sobre esta turbina.
La turbina de Flujo cruzado o turbina Mitchell-Banki es una turbina especial para pequeños aprovechamientos hidroeléctricos ya que sus diseño y construcción es
15Durbin W. W., W. K. Fay; “Some fluid flow characteristic of a cross-flow type hydraulic turbine”; Worcester
Polytechnic Institute; Worcester, Massachusetts, 1984. 16 Ing. Ariel R. Marchegiani. II Curso Internacional de Especialización en Micro Y Mini céntrales
Hidroeléctricas, Unidad 6.
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sencillo a comparación de otras turbinas. Esto la hace económicamente más viable y versátil. Aunque también es posible hacer uso de ella en grandes infraestructuras.
Los ensayos realizados por distintos investigadores sitúan el rendimiento hidráulico de esta máquina entre un 65-70%, otros autores mencionan un 61% aclarando que la segunda etapa entrega un 17%, y en general muchos autores indican un 70% hasta un 84%. Es interesante ver como se han desarrollado algunos de estos ensayos y los resultados obtenidos, lo que se muestra en las tablas 2 y 3
Tabla 5. Estudios teóricos cobre turbinas de flujo cruzado.17
Tabla 6. Estudios experimentales de turbinas de flujo cruzado.18
Los últimos desarrollos para las turbinas de flujo cruzado fueron realizados en dos direcciones principales. Una de las ramas investigativas fue la reconstrucción de la sección de succión, especialmente por el rediseño de la descarga, añadiendo un tubo de aspiración. La otra dirección se basa en la optimización del inyector y la forma del álabe regulador19
17 Información tomada de: AkerKarB. P., A. A. Fiuzat; "Better Efficiency for Cross-Flow Turbines?” Hidro Review, p 76-82; Diciembre 1989. 18[Ibíd.] ? significa no disponible 19Marchegiani A. R., “Simulación numérica dl flujo en una turbina tipo Banki”, Technical Article, UNIVERSIDAD NACIONAL DEL COMAHUE - Buenos Aires
18
4. JUSTIFICACIÓN
Casi todos los recursos con los que cuenta el mundo para la producción de energías renovables están mínimamente explotados, solo aquellos que se han concienciado han iniciado el cambio que el planeta necesita, haciendo de las energías renovables parte de sus forma de vida. Es este sentido, la generación hidroeléctrica ofrece soluciones más adaptables, más fáciles de usar, y más descentralizada, que aunque tiene un costo inicial un poco alto sustenta las necesidades de la población; teniendo en cuenta que hay una gran mayoría de personas que viven es partes aisladas y en las que tiene muy poco o nada de recurso eléctrico que responda a sus necesidades.
“A nivel mundial tampoco es equitativo el consumo de electricidad, 1.600 millones de personas en el mundo aún no tienen acceso a la electricidad y 2.500 millones recurren a la leña, el carbón, los residuos agrícolas (biomasa) y a los excrementos de animales para satisfacer sus necesidades diarias de energía.”20 . Como se puede ver en la siguiente ilustración: Asia tendrá un crecimiento bastante grande comparado con continentes como África o Suramérica, y ello ocasionará un desbalance aún más grande en el consumo de energía.
Ilustración 3. Consumo de energía comercializada a nivel mundial21
El grupo GIEAUD en su interés de generar propuestas de energías limpias que mejoren la calidad de vida de las personas; amigables con el medio ambiente y que ayuden a preservar los recursos naturales, se ha propuesto desarrollar prototipos de turbinas hidráulicas a escala, que implementen nuevas alternativas de energías renovables.
20 Información obtenida en:http://cefir.org.uy/atlas/index.php?option=com_content&view=article& amp;id=1: la-matriz-energetica-mundial&catid=1:fichas1-7&Itemid=2 Atlas de Energía Renovables de Mercosur consultada el 20 de octubre de 2013 21 Imagen tomada de: [ibíd.]
19
Con las nuevas tendencias en cuanto a la preservación de los recursos y con el propósito de dar un paso en el estudio de pequeñas centrales hidroeléctricas se propone desarrollar en conjunto con el grupo de investigación el diseño de una turbina de flujo cruzado aplicable a la región andina Colombiana , y la construcción a escala de un prototipo para pruebas, por medio de un trabajo conjunto de revisión y búsqueda de información, adicionalmente con los conocimientos adquiridos en las áreas de Mecánica, Hidráulica y diseño, se busca con esta propuesta inicial dar un paso en el estudio de la energía hidráulica. Teniendo en cuenta la gran cantidad de recursos hídricos con los que cuenta la región andina colombiana, se visualiza un gran campo de investigación en el diseño de turbinas, la elaboración de este proyecto facilitara el aprendizaje de conceptos muy importantes en el análisis de variables que interfieren en la generación de energías limpias del tipo hidráulico; este tipo de investigaciones son de gran importancia en nuestra formación y con su posterior desarrollo se convertirá en una fuente muy importante de información para futuros adelantos en esta línea y facilitara el aprendizaje de la dinámica de fluidos y su comportamiento en la generación de energía para futuros estudiantes de la universidad, convirtiéndose en una herramienta muy útil en la formación de futuros ingenieros de diversas ramas.
Para la elaboración de este proyecto se tendrán en cuenta todos los parámetros básicos estudiados en la ingeniería mecánica acerca del diseño de máquinas hidráulicas, específicamente de una turbina de flujo cruzado, lo que se pretende mostrar es un diseño a escala para ser utilizada de una forma didáctica útil para el estudio de PCH o en la búsqueda de otras aplicaciones del prototipo elaborado.
5. OBJETIVOS
5.1. OBJETIVO GENERAL
Evaluación del funcionamiento de un prototipo a escala de la turbina de flujo cruzado, conforme a las condiciones hidrográficas de la región andina colombiana.
5.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Seleccionar caudales, y alturas ideales para el diseño de un rotor típico apto para las condiciones de la región andina colombiana.
Seleccionar la escala de dimensionamiento más adecuada aplicando un modelo matemático de análisis dimensional para la construcción del prototipo.
Diseñar la turbina y seleccionar los componentes auxiliares de funcionamiento. Fabricar el prototipo a escala reducida de la turbina de flujo cruzado y realizar
pruebas de funcionamiento en un banco de pruebas de la Facultad Tecnológica Elaborar el manual de funcionamiento y las guías para la realización de prácticas
con el prototipo.
20
6. MARCO TEÓRICO
Las turbinas se clasifican principalmente por dos aspectos: por el cambio de presión en el rotor y por la dirección del flujo con el que ingresan al rotor que poseen.
Tabla 7. Clasificación de las turbinas hidráulicas.22
22 AGÜERO, Sergio (2003). Mecánica de fluidos incompresibles y turbomáquinas hidráulicas. Madrid: Ciencia 3, p.38.
21
Por el cambio de presión en el rotor se pueden clasificar en turbinas de acción, en donde el agua no sufre cambios considerables de presión en su paso por el rotor; mientras que en las turbinas de reacción el agua sí sufre cambios de presión en su paso por el rotor.
En cuanto a la dirección del flujo con el que el agua ingresa al rotor se pueden clasificar en: radial, axial o mixta. Los tipos de turbinas hidráulicas de mayor uso en el campo hidroeléctrico se muestran en la Tabla 3.
Existen métodos para la selección de la turbina apropiada, Una de ellas se basa en el estudio de ciertas características, la tabla 4 se utiliza para la selección de turbinas de acuerdo al caudal, la Altura neta, velocidad específica y potencia.
Tabla 8. Características de las Turbinas Hidráulicas.23
Otra forma de selección de turbina consiste en optar por una u otra opción ingresando con cualquiera dos de estos tres datos: salto neto, caudal o potencia.
Figura 3. Diagrama de selección de turbinas24
23 Imagen tomada de: Estudio de costos de instalación de sistemas pico y micro hidroeléctrico, Universidad de Costa Rica, Escuela de Ingeniería Eléctrica, 2007 24 Imagen tomada de: A. R. Marchegiani, Turbina de Flujo Transversal, Laboratorio de Maquinas Hidráulicas, Universidad Nacional de Comahue
22
En la figura anterior se muestra la gráfica de selección de turbinas para potencias pequeñas, suministrada por la fábrica Savoia Generators. La turbina de flujo cruzado ofrece las condiciones idóneas para pequeños suministros, con pocos requerimientos a diferencia de las otras y puede aportar gran ayuda energética en donde se disponga a usar de ella. A comparación de otras turbinas de agua, que cuentan con flujos axiales o radiales, en una turbina de flujo transversal el agua pasa a través de la turbina transversalmente, o a través de los álabes de la turbina. Algunos de los conceptos básicos utilizados para el inicio de la investigación se enuncian a continuación.
6.1. LA TURBINA DE FLUJO CRUZADO
Ilustración 4. Turbina de Flujo Cruzado (TFC)25
La turbina de flujo cruzado, también conocida como turbina de doble impulsión, Michell-Banki, Michell u Ossberger. Es clasificada como una turbina de impulsión, de admisión parcial y flujo transversal.
A diferencia de las turbinas de flujo axial o radial el agua en una TFC pasa a través del rodete de forma transversal y/o solo de forma parcial; como en una rueda de agua, esta es admitida por su perímetro exterior, la cual luego ingresa al rodete y pasa por los lados opuestos de los rodetes. Esto implica que el agua pasa dos veces por los alabes entregando un trabajo adicional, por ende esto mejora su eficiencia.
La TFC está constituida por un inyector de forma rectangular que en su interior tiene un alabe longitudinal que regula y orienta el caudal que entra en la turbina, y un rodete cilíndrico donde están acopladas o soldadas las palas unidas a discos terminales en cada extremo.
El primer impulso se produce cuando el caudal entra en la turbina orientado por el inyector hacia los alabes o palas que están en el rodete cilíndrico, cuando este caudal ya ha atravesado el rodete en su parte superior por donde ingresó, continua bajando y proporciona un segundo impulso al rodete cuando se evacua por la parte inferior en el tubo de aspiración.
25 Imagen tomada de: www.ossberger.de/[OssbergerGmbH& Co, 2007].
23
6.2. CARACTERÍSTICAS DE LA TFC
1. Amplio rango de velocidad de giro.
2. El caudal no determina necesariamente el diámetro de la turbina.
3. Nivel de rendimiento a carga parcial aceptable.
4. Caudal y potencia regulable utilizando la turbina con un álabe o dos alabes ajustables.
5. Sencillez de diseño e instalación.
6.3. CAMPO DE APLICACIÓN
Principalmente su estudio se destina a la producción de energía eléctrica a una escala menor, y no solo es usada para la generación de energía, sino que también para trabajos de taller por medio de acoples y dispositivos mecánicos.
6.3.1. PICO HIDROENERGÍA
Las pico centrales Hidroeléctricas (PCH), poseen varias ventajas. A diferencia de las hidroeléctricas, no requiere represas o embalses, y por consiguiente el impacto ambiental es mínimo; La turbina puede ser fabricada en un taller sin necesidad de grandes y complejas herramientas; Como generador puede usarse un motor de inducción trifásico, los cuales son relativamente baratos y de construcción robusta; Basta con un pequeño arroyo o una caída de agua para suministrar el caudal dependiendo de la necesidad que se requiera suplir (cantidad de kW, que en este caso es de 1 KW), el costo por kilovatios en un instalación bien diseñada es considerablemente menor que otro para los sistemas diésel, fotovoltaico o eólico.
Una desventaja son las dificultades surgidas por las variaciones estacionales que modifican en caudal. Sin embargo, viéndolo de conjunto, es una tecnología económicamente viable, bastante confiable y escalable que brinda autosuficiencia energética.
Una típica instalación Pico-Hidrogeneradora consta básicamente de los siguientes componentes:
Bocatoma y Reservorio: toma el agua del riachuelo y mantiene una reserva de agua.
Tubería descendente: lleva el agua colina abajo hasta la turbina
Turbina y Generador: el agua sale por una boquilla como un chorro a alta presión y hace girar la turbina del generador. La potencia mecánica giratoria se convierte en potencia eléctrica.
Controlador Electrónico de Potencia: conectado al generador. Hace que la potencia eléctrica generada corresponda con las cargas eléctricas que se conectan al sistema de distribución.
24
Sistema de Distribución Eléctrica (120V/60Hz): distribuye la energía eléctrica hasta las casas.
6.4. PARTES DE LA TURBINA
La figura muestra las principales partes de una turbina de flujo cruzado
Ilustración 5. Parte de una Turbina26
1) Tobera de transición 2) Inyector 3) Rotor 4) Alabe directriz 5) Carcasa
6.5. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Principalmente la turbina funciona con dos elementos: Un inyector y un rotor mostrados
en la Ilustración 4. El agua se rehabilita con la descarga hacia la presión atmosférica,
en otros casos se restituye a través de un tubo inyector a una presión menor que la
atmosférica. El rotor tiene dos discos paralelos a los cuales van unidos los alabes
curvados en forma de sector circular.
El inyector tiene una sección transversal rectangular que posteriormente se torna una
sección circular. Este inyector dirige el agua hacia el rotor a través de una sección que
intercepta una determinada cantidad de alabes del mismo, y guía el agua para que entre
al rotor con un ángulo determinado, de esta manera se obtiene una mayor eficiencia en
la turbina.
26 Imagen tomada de: www.ossberger.de/[OssbergerGmbH& Co, 2007].
25
A está turbina también se le conoce como turbina de doble efecto debido a que la
energía del agua es trasferida en dos etapas, de las cuales se entrega un promedio del
70% de la energía total transferida al rotor y en la segunda alrededor del 30% restante.
Los ensayos realizados por distintos autores didácticos sitúan el rendimiento hidráulico
de esta máquina entre un 65 – 70% de eficiencia27, otros autores mencionan un 61%
aclarando que la segunda etapa solo entrega un 17% 28 , y en general muchos
investigadores indican que la eficiencia puede rondar entre un 70% hasta 84%.29
Figura 4. Flujo de caudal a través de la turbina30
6.6. VENTAJAS FUNCIONALES DE LA TURBINA DE FLUJO CRUZADO
a. El rodete de la turbina de flujo cruzado tiene la característica de ser auto limpiante.
b. El envejecimiento y desgaste de las paletas en el transcurso del tiempo es muy bajo comparado con otro tipo de turbinas; éstas mantienen una buena eficiencia a pesar de una constante operación.
c. No existe peligro de cavitación debido al diseño. d. Requiere un sistema sencillo de lubricación. e. Los trabajos necesarios para su montaje son extremadamente sencillos, puede
ser muy compacta, sin requerir mucho espacio y su ubicación es muy accesible para los casos de mantenimiento.
27 Ing. Ariel R. Marchegiani. II Curso Internacional de Especialización en Micro Y Mini céntrales Hidroeléctricas, Unidad 6. 28 [Ibíd.] 29 [Ibíd.] 30 SOLUCIONES PRÁCTICAS (2009). “Ficha técnica: Turbina Michell – Banki 2”. [en línea]. Disponible en: http://www.solucionespracticas.org.pe/fichastecnicas/pdf/Fichatecnica2-Turbina%20michell%20bankL.pdf [2011, 16 de agosto].
26
f. Las necesidades de mantenimiento son mínimas, casi despreciables. g. La regulación de la cantidad de agua de entrada se puede efectuar en un
amplísimo rango manteniendo la eficiencia en forma invariable. h. Debido a ello es posible elegir un caudal de diseño mayor obteniéndose de esta
forma una mayor generación anual de energía. i. La turbina de flujo cruzado es de sencillez construcción única: sólo 2 ó 3 partes
móviles. j. Como rodamientos o descansos principales se utilizan rodamientos de rodillos a
rótula, los que quedan ubicados fuera de la zona húmeda, de forma tal que se pueden cambiar con elementos normales y se evita la contaminación del agua con lubricantes.
6.7. TEORIA DEL DISEÑO
Como se ha visto, en las turbinas de flujo cruzado (TFC) se han realizado muchas investigaciones; con la finalidad de producir la mayor eficiencia de trabajo, ahora se evaluaran los requisitos necesarios para el diseño ayudados por las fuentes teóricas consultadas; se tendrán en cuenta las características más relevantes de operación y construcción de este tipo de turbinas.
La TFC tiene un campo de aplicación bastante amplio, ya que su aprovechamiento se encuentra comprendido entre 1 y 200 m de salto con una variedad de caudales. A diferencia de la turbina Pelton, su rendimiento máximo es de aproximadamente un 85 %; pero cuenta con un rendimiento constante con caudales de hasta 1/16 del caudal nominal y se obtiene una potencia unitaria limitada de hasta 1 MW.
Recientes estudios realizados por el programa de tecnología del Reino Unido llevado a cabo por IT Power Group (Grupo Intermediario para las Tecnologías Eléctricas) junto a NHT (firma privada de ingenieros). Estudiaron la información disponible de varios fabricantes y modelos construidos, y generaron una gráfica que muestra la pre-factibilidad para una PCH con un TFC.
En la figura 7 se puede observar las condiciones de operación de este tipo de turbina. Se observa que la altura mínima recomendada para este tipo de turbina es de 5 metros, también, dependiendo de las características seleccionadas para la turbina, existe un amplio existe un amplio rango de revoluciones en la que puede trabajar la TFC. Siendo lo más recomendable que trabaje en el área sombreada por facilidades constructivas. Se evidencia además que la potencia máxima empleada en la gráfica es de 500 KW. Cabe aclarar que en el estudio se considera que estas turbinas no deberían utilizarse en aplicaciones donde se generen potencias superiores a 500 kW. Sin embargo, fabricantes como Ossberger implementa turbina que producen hasta 2 MW con eficiencias del 86 %31
31 [Ossberger GmbH & Co,2007]
27
Figura 5. Rangos de operación dela TFC considerando potencia, cabeza de presión y revoluciones32
Con esta información se puede resumir algunas de las principales características de esta:
En general no presentan problemas de cavitación, el eje no está sometido a cargas axiales durante su operación.
La velocidad de giro puede ser seleccionada en un amplio rango. se pueden adaptar a gran variedad de caudales modificando el ancho del rotor manteniendo constante su diámetro exterior. Así mismo, se puede regular el caudal y la potencia por medio de un álabe ajustable
Presenta bajo peso y facilidades durante su fabricación.
El diámetro de la turbina no depende necesariamente del caudal.
Las principales desventajas de la turbina es un rendimiento relativamente bajo, fuerzas de regulación relativamente altas, rodete de difícil rehabilitación (pero presentan bajo costo) y de velocidades no muy altas.
Esta turbina permite una mayor aplicación y funcionalidad por su bajo costo y peso
6.8. CARACTERISTICAS DE LA ZONA DE ESTUDIO Como se mencionó en la oferta hídrica de la región andina. El departamento del Huila ofrece las condiciones para instalación de la turbina Michel Banki diseñada en este trabajo; aportando suministro de energía a poblaciones pequeñas en los alrededores de estas cuencas; puede ser usada también en centros de carga para baterías que la población utilice en sus hogares. También reúne unas condiciones ideales para la utilización de esta tecnología especialmente por el IRH que se encuentra entre los mal
32 NHT Engineering e IT Power Ltd. 2004
28
altos de la región, en base a los datos recolectados, esta región además cuenta con pocos ríos con caudales altos y muy constantes durante el año.33
Para iniciar con el estudio se hace necesario identificar:
La necesidad especifica en los centros de población.
Identificar el lugar donde genere menor impacto la instalación de la PCH.
Determinar los datos hidrológicos y geológicos que permitan establecer la potencia y energía producible.
Con estos datos se propone un diseño preliminar tomando en cuenta la topografía y geografía del lugar; seguidamente se debe tener en cuenta la legislación ambiental que está conformada básicamente por todas aquellas normas, regulaciones, leyes y en general disposiciones adoptadas por los diferentes estamentos jurídicos de la ley Colombiana.
Microcuenca La Resaca
La normativa actual vigente en la cual se establecen los lineamientos necesarios para la formulación de los planes de ordenación y manejo de cuencas hidrográficas en el territorio nacional, ha sido acogida por CORPOAMAZONIA, para declarar la microcuenca La Resaca en el Municipio de Belén de Andaquíes en proceso de Ordenación, con el propósito principal de planificar el uso y manejo sostenible de sus recursos naturales renovables, de manera que se consiga mantener un adecuado equilibrio entre el aprovechamiento económico de los recursos y la conservación de la estructura físico biótica de la microcuenca, y de manera especial sus recursos hídricos.
Se busca entonces encontrar un punto medio de encuentro entre el ordenamiento territorial y el ordenamiento ambiental territorial, este punto plantea un camino básico para avanzar hacia el desarrollo sostenible, entonces el proyecto al cual se refiere este trabajo, presenta una alternativa ecológicamente viable para solucionar la problemática existente avanzando de la mano con el desarrollo de las comunidades y el cuidado del medio ambiente.
Quebrada La Resaca
El balance hídrico climático es de vital importancia para la planificación del recurso hídrico, evalúa la disponibilidad real de agua y ayuda a controlar los niveles de inundaciones.
Los datos presentados a continuación presentan una idea básica de los índices de evaporación (ETP) y la precipitación en la zona de estudio, lo cual deja en evidencia que durante todo el año se cuenta con un recurso hídrico balanceado.
33 Información tomada de: IDEAM, Tasa de Cobertura total de energía. Instituto Geográfico Agustín Codazzi, 2012
29
Tabla 9. Caracterización de la cuenca de la quebrada la Resaca34
Aquí se logra evidenciar un gran potencial de agua disponible durante todo el año, lo cual hace más viable la implantación de un proyecto de este tipo en el área, ya que como lo muestra la tabla presenta un exceso de agua durante todos los meses.
Hidrología
Morfometria: Hace referencia las mediciones básicas de la microcuenca Quebrada la Resaca.
Tabla 10. Mediciones Básicas Microcuenca Quebrada la Resaca.35
34 IGAC, Plan de ordenación y manejo de la cuenca de la quebrada la resaca (Belén de los Andaquies),
Departamento del Caquetá. Ecointegral, Abril de 2009.
35 Tabla Tomada de: ECOINTEGRAL LTDA.
30
El caudal estimado según aforos realizados por CORPOAMAZONIA Territorial Huila el caudal medio de la quebrada La Resaca a la altura de la bocatoma del acueducto municipal es de 629 lt/seg.
El caudal ecológico que hace referencia al caudal que puede ser utilizado para otras labores sin afectar el ecosistema fluvial es de 125,99 lt/seg y en a la fecha 2009 la concesión de aguas otorgada por CORPOAMAZONIA para el consumo urbano es de 26,8 lt/seg, lo que significa que la quebrada conserva suficiente caudal para abastecer a la población belemita a largo plazo y además posibilita el aprovechamiento de los recursos hídricos en otras áreas tales como la generación de Energía Eléctrica por medio de la utilización de PCH.
Una definición y apropiada del concepto de Caudal Ecológico en ríos de Colombia es la explicitada en la debatida propuesta de Ley de Agua (Min. Ambiente, 2005): "… los caudales mínimos que deberán mantener las corrientes superficiales en sus diferentes tramos, a fin de garantizar la conservación de los recursos hidrobiológicos y los ecosistemas asociados" (Art. 21).
Para el desarrollo de este proyecto y por la topografía del terreno se pretende usar aprovechamientos de agua fluyente, es decir, aprovechamientos que no disponen de embalse regulador importante, de modo que la central trabaja mientras el caudal que circula por el cauce del río es superior al mínimo técnico de las turbinas instaladas, y deja de funcionar cuando desciende por debajo de ese valor.
Ilustración 6. Esquema de un aprovechamiento hidroeléctrico fluyente con derivación.36
36 Imagen Tomada de: PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICAS, El Salvador.ppt.
31
Dentro de este concepto, la solución más usada es la que se muestra en la Ilustración 6, que consiste en llevar el agua por un canal de poca pendiente, hasta la cámara de carga, desde la que una tubería forzada la conduce a presión a la casa de máquinas. A la salida de las turbinas el agua se restituye al cauce mediante un canal de desagüe. Este diseño hidrológico ambiental asegura en el tramo fluvial cortocircuitado un caudal ecológico, preservador de una condición aceptable del ecosistema acuático. Se observa que la cuenca la resaca posee gran potencial para la implementación de este proyecto y muchos más que puedan beneficiar a la comunidad de Belén de los Andaquies.
6.9. ASPECTOS DEMOGRAFICOS Y TECNICOS
Belén de los Andaquíes está localizado al sur del país en el departamento del Caquetá, aproximadamente a 43 kilómetros de la ciudad de Florencia, su cabecera está localizada en el piedemonte de la cordillera oriental a la margen derecha del río pescado. Tiene un área aproximada de 1.111 kilómetros cuadrados, hace parte de la cuenca Amazónica, ocupa dos regiones naturales: la Andina en el macizo Colombiano vertiente de la cordillera Oriental y la Amazonia. Por pertenecer al macizo Colombiano es abundante en recursos hídricos que nacen en la parte alta de su jurisdicción.37
Teniendo en cuenta la dimensión poblacional el Municipio de Belén de los Andaquíes según fuente SISBEN tiene una población de 11.196 habitantes de los cuales el 57% está ubicada en la zona urbana y el 43% en la Zona rural.
Según el informe ejecutivo de gestión entregado por la electrificadora de Caquetá para agosto de 2013, el servicio de energía eléctrica en el Municipio lo presta la Empresa Electrificadora del Caquetá S.A. E.S.P. La energía suministrada al municipio, proviene de la red de interconexión con el departamento del Huila (Altamira‐ Florencia). En la actualidad cuenta con 15 subestaciones no atendidas con capacidad instalada entre 1 y 5 MVA, estas son monitoreadas y controladas desde la subestación Centro en Florencia; a partir de la subestación la energía es distribuida al municipio de Belén de los Andaquies de la siguiente forma; Florencia-Morelia, en una distancia de 20Km y 34,5 KW, Morelia-Belén, 22 Km. y 34,5 KW. La antigüedad de las redes, el mal estado y las fallas técnicas, ocasionan algunos cortes del servicio.38
37 Mejía Zuluaga U., Plan de desarrollo municipal “Organización Social y Comunitaria por Belén 2012 - 2015”. República de Colombia, Departamento de Caquetá, Mayo de 2012 38Superintendencia delegada de energía y gas combustible, Dirección técnica de gestión de energía; Informe ejecutivo de Gestión, Electrificadora del Caquetá S.A. ESP, Agosto de 2013
32
6.10. ANÁLISIS DIMENSIONAL39
Una útil herramienta de la mecánica de fluidos moderna, que está cercanamente relacionada con el principio de similitud, es el campo de las matemáticas conocido como análisis dimensional - las matemáticas de las dimensiones de las cantidades. Aunque se puede argumentar con éxito que la similitud y el análisis dimensional son de hecho idénticos, ya que implican las mismas cosas y con frecuencia conducen a los mismos resultados, sus métodos son lo suficientemente diferentes para justificar el tratamiento de los mismos como tópicos diferentes.
Les métodos del análisis dimensional se basan sobre el principio de la homogeneidad dimensional de Fourier (1822), el cual establece que una ecuación que expresa una relación física entre cantidades debe ser dimensionalmente homogénea; esto es, las dimensiones de cada lado de la ecuación deben ser las mismas.
La investigación adicional de este principio revelará que el mismo proporciona un medio de determinar las formas de las ecuaciones físicas, a partir del conocimiento de las variables principales y de sus dimensiones. Aunque no se puede esperar que las manipulaciones dimensionales produzcan soluciones analíticas de los problemas de física, el análisis dimensional provee una poderosa herramienta en la formulación de problemas que desafían la solución analítica y que deben ser resueltos experimentalmente. En este caso, el análisis dimensional entra en su propiedad señalando el camino hacia un máximo de información, a partir de un mínimo de experimentación. Logra lo anterior por medio de la formación de grupos adimensionales, algunos de los cuales son idénticos con las relaciones de fuerzas desarrolladas con el principio de similitud.
La experimentación en modelos
El modelamiento físico constituye una herramienta poderosa para comprobar si el diseño elaborado a base de formulaciones teóricas se comportará como se espera una vez construida.
La aplicación más inmediata se tiene en la operación de modelos a escala lineal más reducida, de tal forma que se puedan realizar experimentos poco costosos que permitan obtener resultados satisfactorios.
La técnica consiste en que la máquina a construir es reproducida fielmente en un modelo reducido o ampliado en el laboratorio y en él se ensayan diferentes condiciones de trabajo. Si los resultados son satisfactorios se supone que también lo serán en la máquina u obra en tamaño real; si los resultados no lo son, entonces se pueden proponer todos los cambios necesarios en el diseño hasta alcanzar el comportamiento requerido para la máquina.
39 Información: obtenida en: http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos /dimensional/teoria.html consultada el 11 de octubre de 2013
33
6.10.1. LEYES DE SEMEJANZA DE LAS TURBOMÁQUINAS
El propósito de las leyes de semejanza es lograr una similitud física muy cercana entre el prototipo a construir y el modelo diseñado para las condiciones existentes en la región seleccionada, para esto se deben cumplir una similitud geométrica; similitud cinemática y similitud dinámica.
Una similitud física completa entre dos máquinas implica las siguientes condiciones:
Similitud geométrica: Esta implica que las relaciones entre las dimensiones lineales son las mismas en puntos homólogos de las máquinas, es decir que tienen la misma forma.
Similitud cinemática: Implica que las velocidades guardan la misma relación; esto es decir que los triángulos de velocidades tanto en la entrada como en la salida del impulsor son semejantes.
Similitud dinámica: Implica que las relaciones entre magnitudes de las diferentes fuerzas son las mismas, en el mismo instante, en puntos homólogos de las máquinas.
Para el desarrollo de estas leyes se deben tener algunas consideraciones:
Modelo Es la representación de la máquina a construirse en una escala reducida o ampliada en donde se efectúan pruebas y mediciones y se sacan conclusiones útiles que luego deben ser extrapolados al prototipo.
Prototipo Es la máquina que se quiere fabricar.
Son parámetros que se utilizan para el estudio de los diversos fenómenos que ocurren en un experimento particular. Sirven para garantizar la semejanza geométrica y dinámica entre el modelo y el prototipo. Los parámetros más comunes son:
El número de Froude. Relaciona:
(3)
Se utiliza en el estudio de presas, estructuras hidráulicas, flujo en superficie libre, flujo en turbomáquinas (turbinas de acción), etc.
El número de Reynolds. Relaciona:
(4)
(5)
34
En Turbomáquinas L = D, diámetro del rodete y V = u, velocidad periférica. Se utiliza en el estudio de turbomáquinas (turbinas de reacción, bombas), resistencias de flujo, etc.
El número de Euler. Relaciona:
(6)
Se utiliza por ejemplo en el estudio de flujos alrededor de pilares.
El número de Mach. Relaciona:
(7)
El número de Weber. Relaciona:
(8)
Para una perfecta semejanza dinámica deberán cumplirse las cinco condiciones:
(9)
Sin embargo es imposible el cumplimiento de todas las condiciones (salvo con eL= 1); razón por la cual solo se escoge un número que se ajuste más al fenómeno bajo estudio.
En los ensayos con turbomáquinas la fuerza preponderante se debe a la viscosidad, por tanto el parámetro representativo es el número el Reynolds. Entonces para lograr una similitud dinámica se debe cumplir que:
(10)
Pero en la práctica aún esto no es posible pues, por ejemplo si se construye un modelo a escala reducida de una bomba a escala eL= 1/5, siendo n= 1000 rpm la velocidad angular en prototipo entonces se deduce que:
35
(11)
Si el fluido utilizado en el modelo es el mismo que el utilizado en el prototipo entonces:
(12)
Y por tanto:
(13)
Por otro lado,
(14)
Reemplazando los datos se obtiene 𝑛𝑚= 25 x 1000 = 25000 Rpm.
En las turbinas el problema que se genera se debe a las proporciones entre el salto en el modelo y el prototipo. Por ejemplo, si se desea ensayar en modelo reducido eL = 1/10 un salto de H=100 m, usando agua en ambos casos.
La velocidad de salida de flujo en el prototipo es:
(15)
Y en el modelo:
(16)
De
(17)
Se tiene que
(18)
36
Como el fluido es el mismo
(19)
Entonces:
(20)
Luego, la altura neta necesaria en el modelo sería:
(21)
Por tanto es imposible mantener la semejanza de Reynolds.
Por estos motivos, en la práctica se supone que “La semejanza geométrica garantiza la semejanza dinámica o mecánica”.
Entonces:
(22)
Nota.- Las leyes de similitud para turbo máquinas se basan en que las eficiencias del modelo y del prototipo son iguales; pero en la práctica no es cierto pues una máquina más grande es más eficiente porque disminuye la rugosidad relativa de sus conductos.
6.10.2. LEYES DE SEMEJANZA PARA TURBINAS
Las tres primeras leyes se refieren a una misma turbina
(23)
Y expresan “La variación de las características de una misma turbina o de turbinas iguales cuando varía la altura neta H”, por ejemplo cuando se usa una rueda Pelton de una central en otra.
1era ley.- “Los números de revoluciones son directamente proporcionales a la raíz cuadrada de las alturas netas”.
(24)
2da ley.- “Los caudales son directamente proporcionales a las raíces cuadradas de las alturas netas”.
37
(25)
3ra ley.- “Las potencias útiles o potencias en el eje son directamente proporcionales a la alturas netas elevadas a 3/2”.
(26)
Las siguientes tres leyes se refieren a dos turbinas geométricamente semejantes pero
con diámetros distintos y expresan: “La variación de las características de las turbinas geométricamente semejantes si se mantiene la misma altura neta”
4ta ley.- Los números de revoluciones son inversamente proporcionales a los diámetros
(27)
5ta ley.- “Los caudales son directamente proporcionales a los cuadrados de los diámetros”.
(28)
6ta ley.- “Los potencias útiles son directamente proporcionales a los cuadrados de los diámetros”.
(29)
Las seis fórmulas se pueden relacionar dos a dos de acuerdo a:
(30)
Despejando el término de la ecuación se tiene
(31)
38
Reemplazando en:
(32)
(33)
Llamando al termino = numero especifico de revoluciones.
Entonces
(34)
Lo que significa que todas las turbinas geométricamente semejantes tienen el mismo número específico de revoluciones.
Todas las turbinas geométricamente semejantes constituyen una serie y dentro de ella cada turbina se caracteriza por su tamaño, convencionalmente por un diámetro característico:
Para turbinas Pelton, el diámetro D del rodete. Para turbinas Francis, el diámetro máximo D1 Para turbinas Kaplan, el diámetro exterior del rodete D1=D2
6.10.3. NÚMERO ESPECÍFICO DE REVOLUCIONES O NÚMERO DE CAMERER
Se define como el número de revoluciones a la que debería girar una turbomáquina para suministrar al eje de una turbina o al fluido de una bomba una potencia de 1 CV, en un salto de 1m en condiciones de óptimo rendimiento.
Para turbinas:
(35)
Con:
n - velocidad angular en rpm Pa = 𝛾Q H ɳ (Watt) (36)
H -altura neta en m Pa= ρ Q H ɳ (Kg m/s) (37)
39
Pa -potencia en el eje en CV. Pa= ρ Q H ɳ / 75 (CV) (37)
Ns -número específico de revoluciones en m CV.
Equivalencia: 1 KW = 1,3592 CV.
También:
(39)
Notas:
1.- Una turbomáquina no tiene solo un punto de funcionamiento (Pa, H, Ƞ) sino todo un campo; es decir puede funcionar a diversos números de revoluciones, suministrar o absorber más o menos potencia, etc. por tanto a cada punto de funcionamiento le corresponde un valor de Ns
2.- Al punto nominal o punto de diseño (Generalmente de óptimo rendimiento) le corresponde un Ns característico. Si no se especifica lo contrario, la ecuación se refiere al punto de óptimo rendimiento.
La velocidad específica de una turbina viene dado por el fabricante y se refieren siempre al punto de máxima eficiencia. Esto permite cálculos precisos para el rendimiento de la turbina para una serie de cabezas.
Máquinas eficientes bien diseñadas típicamente utilizan los siguientes valores: turbinas de acción tienen los valores más bajos ns, típicamente van desde 1 a 10, una rueda Pelton es típicamente alrededor de 4, turbinas Francis caen en el rango de 10 a 100, mientras que las turbinas Kaplan son en por lo menos 100 o más, todo en unidades imperiales = Rpm
40
7. DISEÑO DE LA TURBINA PARA CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA
REGIÓN ANDINA
El proceso para el dimensionamiento de la Turbina Michell Banki se va a realizar de la siguiente forma:
Para realizar el diseño de la turbina se determinan las condiciones de diseño iniciales encontradas dentro del rango de funcionamiento de la TFC. Siendo acordes al estudio hidrográfico realizado anteriormente.
Se analizan las características y se toma como base los datos ya estipulados por otros fabricantes de este tipo de turbinas
Dimensionar el diámetro y el largo del rodete, partiendo de la velocidad angular resultante a la salida de la turbina, de esta manera es más fácil determinar el diámetro y posteriormente el largo del rodete.
Se selecciona un número de alabes necesarios para el rodete ya diseñado. Dicha selección se basa en el diámetro y en las condiciones de funcionamiento.
El diseño del inyector depende entonces del acondicionamiento del flujo requerido al ingreso del rodete, estableciendo si se requiere regular el flujo. De acuerdo a ello se puede optar por el diseño de Intermediate Technology Develpoment Group (ITDG) el cual se basa en un inyector dimensionado a partir de una curva helicoidal o se puede optar por propuestas como la de la Organización Latinoamericana de Energía (OLADE) o el Centro Suizo para la cooperación de desarrollo en tecnología y Gerencia (SKAT).
Finalmente se dimensionan los componentes restantes de la turbina adecuándolos a los componentes ya diseñados para garantizar su correcto funcionamiento.
El diseño de la unidad de prueba se ejecutara teniendo como requisitos, ser una unidad compacta, versátil y la posibilidad de fácil fabricación local del equipo, en donde se puede obtener energía eléctrica, utilizando un acople directo para la conexión con el rodete de la turbina.
Esta propuesta permitirá poder visualizar la transformación de energía mecánica en energía eléctrica, determinar las zonas de aplicación de la turbina hidráulica, las curvas de funcionamiento y evaluar el comportamiento de la turbina.
7.1 PARAMETROS DE DISEÑO
Para el diseño de la turbina de flujo cruzado es necesario tener en cuenta varios
parámetros, Los rangos generales de operación de esta turbina son los siguientes
obteniendo eficiencias del 65 % al 70 %:
41
i. Altura Neta
La Organización Latinoamericana de energía clasifica las PCH de acuerdo a la potencia
instalada como se muestra en la siguiente tabla:
Tabla 11. Clasificación de las PCH según potencia instalada40
De igual forma, se clasifica según la caída como se muestra en la siguiente tabla:
Tabla 12. Clasificación de las PCH según caída41
Teniendo en cuenta la información de la tabla 7. Se puede observar que la cuenca tiene en
su morfometria una altura máxima de 750m y una altura mínima de 280m, es decir, qua a
lo largo de la cuenca hay un rango de alturas de 0 - 470 m.
De acuerdo a la tabla 9, se observa el rango de altura para cada tipo de central eléctrica;
tomando estos datos como referencia, se pretende diseñar la turbina teniendo en cuenta
la altura necesaria para la producción de energía que cumpla con las condiciones de una
micro central hidroeléctrica que suponga también una infraestructura promedio.
ii. Caudal de Diseño
Para considerar el caudal de diseño se puede seleccionar básicamente de dos formas diferentes:42
40 ORTIZ Flórez, Ramiro, Pequeñas Centrales Hidroelectricas, McGraw Hill, 2001 41 [Ibíd.] 42 DIAZ, CHAVEZ; Manuel, Yuri; Propuesta de Diseño de Una Turbina Banki en la PCH Cutumay Camones, El Salvador.2008
42
1) Buscando que sea el que menor costo por kW instalado requiera; este procedimiento es empleado principalmente por grupos como la ITDG y la IT Power Ltd. Para ello buscan siempre el máximo factor de planta.
2) Buscando generar la máxima potencia, en este procedimiento busca evaluar cuál es el tamaño de caudal y la capacidad instalada para obtener el máximo de producción eléctrica.
Como se mencionó en el estudio hidrográfico la cuenca la resaca cuenta con un caudal útil de 122,99 lt/seg sin afectar el ecosistema, de igual forma, se menciona que el caudal para consumo urbano es de 26,8 lt/seg. De esta manera el caudal disponible teóricamente es de 99.19 lt/seg. Tomando este dato como referencia, se pretende usar para el diseño de la turbina, teniendo en cuenta el caudal necesario para la producción de energía.
iii. Velocidades Especificas de la Turbina
La velocidad específica es el parámetro que mejor caracteriza a las turbo máquinas pues relaciona el caudal, la carga y la velocidad de giro Este parámetro se obtiene a partir de un análisis adimensional de las variables que rigen la mecánica del fluido en una turbo máquina; sin embargo, en la práctica se emplean valores de velocidad específica, “no adimensionales”, que resultan de medir el caudal, el salto, la potencia y las revoluciones del rotor por unidad de tiempo, en unidades industriales.43
El rango de Ns y Nq depende de las condiciones de diseño como: la altura neta disponible y el caudal de diseño. Dichos valores establecen un rango en base a las experiencias e investigaciones por parte de los fabricantes y universidades que han realizado estudios sobre la turbina como el que se ilustra en la figura 15. Este es un rango donde la operación de la turbina ha mostrado mayores eficiencias.
43 POLO, Manuel. Turbomáquinas hidráulicas. Segunda Edición. México: Limusa, p. 26.
43
Figura 6. Rango de Nq para la TFC según el fabricante Ossbeger 44
De igual forma, se pueden obtener estos datos a través de las siguientes formulas:
Velocidad específica de caudal o número de Brauer (Nq)
𝑁𝑞 = 𝑁∗√𝑄
𝐻3 4⁄ (40)
Velocidad específica de potencia o número de Camerer (Ns)
𝑁𝑠 = 𝑁∗√𝑃
𝐻5 4⁄ (41)
Parámetro Símbolo Unidad en
sistema métrico Unidad en
sistema inglés
Caudal Q m3/s gpm
Salto H M pies
Potencia P kW HP
Revoluciones del rotor por unidad de
tiempo N rpm rpm
Tabla 13. Unidades empleadas en velocidades específicas. 45
Como se puede evidenciar, las turbinas de flujo cruzado tienen velocidades específicas que están entre Nq: 10 - 60 en función del caudal, como se muestra en la figura 1546, y entre Ns: 20 – 200 en función de la potencia según lo muestra en la tabla 4.
Debido a que no se cuenta con la suficiente información para determinar este dato con las consideraciones realizadas en las anteriores características, la implementación de este parámetro determinara si el diseño se encuentra dentro del rango de aplicación
44 [Ossberger GmbH & Co, 2007]. (válida desde 1987)
45 POLO, Manuel. Turbomáquinas hidráulicas. Segunda Edición. México: Limusa, p. 26. 46 Ing. Ariel R. Marchegiani. II Curso Internacional de Especialización en Micro Y Mini céntrales Hidroeléctricas, Unidad 6.
44
para este tipo de turbinas. Con esto, se pretende también evaluar y dar mejora a los procesos de planificación, costos del diseño y fabricación de la turbina.
iv. Potencial Eléctrico
En la siguiente figura se muestra en el recuadro rojo el campo de aplicación para la
fabricación de turbinas de flujo cruzado según el fabricante Ossberger de acuerdo a los
parámetros anteriormente mencionados. Se puede observar que con las condiciones
preseleccionadas este tipo de turbina puede generar desde 15 hasta generar casi 100
KW.
Figura 7. Campo de aplicación Turbina Flujo Cruzado47
Así mismo, como se mencionó en los aspectos demográficos y técnicos la población de
Belén cuenta con una infraestructura eléctrica que los abastece con 34.5 Kw. Para este
caso, en la siguiente tabla se ilustra una aproximación de la tendencia para generar 35
kw y arrojan múltiples opciones, de las cuales se van a evaluar con la siguiente fórmula
para continuar con el diseño.
𝑃𝐻 = 𝛾. 𝑄. 𝐻𝑁 ⇒ (𝑔. 𝜌). 𝑄. 𝐻𝑁 (42)
47 Ossberger, 2014
35 Kw
45
Sabiendo que 𝑔 = 9,81 𝑚
𝑠2 y que 𝜌 = 1000
𝑘𝑔
𝑚3 los resultados obtenidos son:
Opción Q(m3/s) Hn(m) Ph(Kw)
1 0.04 90 35,316
2 0,05 72 35,316
3 0.06 60 35.316
4 0,07 51 35,021
5 0.08 45 35.316
6 0,09 40 35,316
Tabla 14. Evaluación de opciones de diseño48
Se selecciona la opción 4, con un caudal de 0.07 m3/s y una altura neta de 51 m, ya
que presenta una relación adecuada entre las variables, que beneficia la adaptación del
medio para la infraestructura; y sus condiciones para la obtención aseguran su
constante producción de energía incluso en temporadas de bajo caudal.
7.2 DISEÑO HIDRÁULICO DE LA TURBINA MICHEL BANKI
La turbina Michel Banki es una turbina de doble efecto y flujo cruzado cuya primera etapa de álabes del rodete, funciona en admisión parcial y con un ligero grado de reacción. Después de pasar por esta primera etapa, el flujo cambia de sentido en el centro del rodete y vuelve a cruzarlo en una segunda etapa totalmente de acción. Ese cambio de dirección no resulta fácil y da lugar a un flujo complejo que es la causa de su bajo rendimiento.
Los datos preliminares para los cálculos de diseño de la turbina en la microcuenca la resaca son los siguientes:
Altitud máxima: 750 msnm Altitud mínima: 280 msnm Aceleración de la atmosfera: 9.81 m/seg2 Densidad del Agua: 1000 kg/m3 Caudal (Q): 0.07 m3/s Altura Neta (𝐻𝑛): 51 m
El análisis del diseño hidráulico se hará con base a la suposición de que es una turbina de acción, en donde el grado de reacción es nulo, con este argumento se puede decir
48 Elaborada por autor
46
que 𝑝1 = 𝑝2, significa que el flujo resultante va a presión constante, actuando sobre ellos la fuerza de gravedad. Como se muestra en la siguiente figura:
Figura 8. Triangulo de velocidades de una turbina de acción49
Una condición a cumplirse debe ser:
𝑈1 =𝐶1
2 (43)
Si bien esto es válido en caso de analizar una turbina Pelton, sin embargo, para la turbina de flujo cruzado se tienen algunas consideraciones por las características de diseño, sobre todo en lo que refiere al inyector. Considerando la Turbina como una maquia de acción únicamente y haciendo el análisis análogamente a lo realizado por otros autores, se parte del hecho que la condición anterior debe cumplirse, de esta forma.
Es necesario aplicar un coeficiente de velocidad en el inyector 𝑘𝑐, el cual afecta a la
velocidad absoluta de entrada y tiene en cuenta las pérdidas que se generan en el
escurrimiento en el inyector afectando directamente el rendimiento hidráulico de la
turbina. Haciendo de la turbina más o menos eficiente y permite realizar cambios en el
ángulo de admisión de la turbina.
Según investigaciones se han se han obtenido valores para este coeficiente que van de 0.95 a 0.98, para nuestro caso se tomara como referencia las investigaciones realizadas en la Universidad de la Plata Argentina, cuyo valor obtenido experimentalmente fue de
𝑘𝑐 = 0,96750
De esta manera, se realiza el análisis de la siguiente manera. En la figura 12 se pueden ver los triángulos de velocidades para las dos etapas ya mencionadas, también se puede evidenciar la semejanza entre los dos triángulos de entrada de las dos etapas, estos se debe a que el flujo en esa transición es una corriente libre que no interfiere con otro elemento dentro del rotor
49 [Ibíd.] 50 [Ibíd.]
47
Para determinar la velocidad absoluta del agua en el inyector de la turbina se utiliza la siguiente relación:
𝐶1 = 𝑘𝑐 ∗ √2 ∗ 𝑔 ∗ 𝐻𝑛 ⇒ 0,967 ∗ √2 ∗ 9,81 ∗ 51 (44)
𝐶1 = 30,6 𝑚 𝑠⁄
Figura 9. Triángulos de velocidades en 1era y 2da etapa de turbina Michell Banki51
51 Ing. Ariel R. Marchegiani, II Curso Internacional de Especialización en Micro Y Minicentrales
Hidroeléctricas, Unidad 6.
48
Figura 10. Triángulos de velocidad de Turbina Michell Banki52
7.2.1 SOLUCIÓN DE TRIÁNGULOS DE VELOCIDADES
Analizando y desarrollando los triángulos de velocidades de la figura 19 se tiene que:
𝑊12 = 𝐶1
2 + 𝑢12 − 2. 𝐶1. 𝑢1. 𝑐𝑜𝑠 ∝1 (45)
Por lo tanto, para la máxima utilización de la energía se tiene:
𝑊12 = 𝐶1
2 + (𝐶𝑢1
2)2 − 2. 𝐶1.
𝐶𝑢1
2. 𝑐𝑜𝑠 ∝1 (46)
𝐶𝑢1 = 𝐶1. 𝑐𝑜𝑠 ∝1 (47)
Sustituyendo se tiene:
𝑊12 = 𝐶1
2 + (𝐶1.𝑐𝑜𝑠∝1
2)2 − 2. 𝐶1.
𝐶1.𝑐𝑜𝑠∝1
2. 𝑐𝑜𝑠 ∝1 (48)
Reduciendo términos se obtiene
𝑊12 = 𝐶1
2 + (1 −3
4. 𝑐𝑜𝑠2 ∝1) (49)
Si se cumple:
𝐶𝑚1 = 𝐶1. 𝑠𝑒𝑛 ∝1 (50)
𝐶𝑚1 = 𝑤1. 𝑠𝑒𝑛𝛽1 (51)
Sustituyendo 𝐶𝑚1 de (13) en (12) y despejando 𝐶1, se obtiene:
𝛽1 = 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛 (𝑠𝑒𝑛∝1
√1−3
4.𝑐𝑜𝑠2∝1
) (52)
Como dicho valor depende del ángulo ∝1 (Angulo entre la velocidad absoluta y la
velocidad tangencial), por ello, se realiza una tabulación con distintos resultados para
decidir el valor que represente mayor facilidad de fabricación y continuidad en el diseño.
Dicho valor varía generalmente entre los 14º y los 17º. La tabulación se muestra en la
tabla 11 y se opta por un ángulo ∝𝟏= 𝟏𝟔. 𝟏𝟎𝟐
52 [Ibíd.]
49
𝜶𝟏 𝜷𝟏
15 28.18
15,2 28.51
15,4 28.85
15,6 29.17
15,8 29.50
16 29.83
16,102 30
16,2 30.15
16,4 30.48
16,6 30.80
16,8 31.12
17 31.44
Tabla 15. Variación del Ángulo del álabe53
Si se conoce que para la obtención de la máxima energía el condicional es que se
cumpla 𝑢1 =𝐶1
2, entonces se puede obtener la velocidad tangencial reemplazando en
(10)
𝑢1 = 2.214. 𝑘𝑐. √𝐻𝑛. 𝑐𝑜𝑠 ∝1 ⇒ 2,214 ∗ 0,967 ∗ √51 ∗ 𝑐𝑜𝑠 16,102 (53)
𝑢1 = 14.689 𝑚 𝑠⁄ ≈ 15
Comprobando utilizando 𝑢1 =𝐶1
2=
30.089
2= 15.249 ≈ 15
Aplicando la ley del seno en el triángulo de velocidades de entrada se obtiene:
𝐶1
𝑠𝑒𝑛 (180− 𝛽1 )=
𝑤1
𝑠𝑒𝑛∝1 (54)
Y despejando la velocidad relativa entrada se obtiene:
𝑤1 =𝐶1.𝑠𝑒𝑛∝1
𝑠𝑒𝑛 (180− 𝛽1 ) (55)
53 Elaborada por autor
50
Sustituyendo 𝐶1 se tiene:
𝑤1 = 4,429. 𝑘𝑐 . √𝐻𝑛𝑠𝑒𝑛∝1
𝑠𝑒𝑛 (180− 𝛽1 ) (56)
𝑤1 = 4,429 ∗ 0,967. √51𝑠𝑒𝑛 (16,102)
𝑠𝑒𝑛 (180 − 30 )= 16.966 𝑚 𝑠⁄
Para finalizar la resolución del triángulo de velocidades a la entrada se obtiene el valor
de 𝐶𝑚1
𝐶𝑚1 = 𝐶1. 𝑠𝑒𝑛 ∝1⇒ 4,429. 𝑘𝑐 . √𝐻𝑛. 𝑠𝑒𝑛 ∝1 (57)
𝐶𝑚1 = 4,429 ∗ 0,967 ∗ √51 ∗ 𝑠𝑒𝑛(16,102) = 8.482 𝑚 𝑠⁄
Para el triángulo de velocidades a la salida se tiene:
𝑢2 = 𝜋.𝐷2.𝑛
60 (58)
𝑤2 = 𝑟1
𝑟2. 𝑤1 (59)
𝐶2 = √𝑢22 + 𝑤2
2 (60)
Dichos valores se deducen después de calcular los datos faltantes. Ahora es factible
dimensionar las otras partes de la turbina.
7.2.2 DISEÑO DEL ROTOR
Las turbinas Michell Banki operan en condiciones similares cuando la relación de 𝑄
√𝐻 es
constante, también se sabe que la eficiencia de la turbinas no varía apreciablemente en
amplios intervalos de valores de Q y H. 54; de acuerdo a esto, el diámetro del rotor no
depende del caudal, lo cual, permite facilitar el diseño ya que otorga al diámetro el
carácter de parámetro independiente, los diámetros comúnmente utilizados por
diversos fabricantes de estas turbinas para pequeños aprovechamientos van desde 200
mm hasta los 500 mm55. Lo usual es seleccionar el diámetro de los diagramas de
54 8° Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica Cuzco, 23 a 25 de septiembre de 2007. “Optimización
del rendimiento de una turbina de flujo cruzado (Michel - Banki): modificaciones mecánicas y adaptaciones constructivas realizadas”. 55 “Experimental determination of blade forces in a cross-flow turbine"; L. K. Van Dixhorn, H. L. Moses, J.
Moore; Virginia Polytechnic Institute and State University;Virginia1984.
51
estandarización que ofrece la bibliográfica disponible. En la figura 19 se muestran las
tres dimensiones principales que se requieren definir hidráulicamente en el rotor las
cuales son: el diámetro externo (D), el diámetro interno (d) y el ancho (Br).
Figura 11. Dimensiones principales de Rotor56
Así mismo, algunos factores a tener en cuenta son:57
Al reducir el diámetro se reduce el rendimiento hidráulico.
Los rodetes grandes tienen una velocidad de embalamiento menor.
Se debe mantener una cierta proporcionalidad entre el diámetro y el ancho de la turbina a fin de evitar cambios de sección demasiado bruscos entre la tubería y el inyector que provocan fuertes perturbaciones en la vena fluida.
Se debe tener en cuenta al seleccionar dicho parámetro el grado de simplicidad en la fabricación de la turbina.
El criterio de selección de diámetro de rotor para nuestro diseño se determina por la velocidad de giro de la máquina, la cual está definida por:
𝑢1 = 𝜋.𝐷1.𝑛
60 (61)
Despejando el número de revoluciones de la ecuación anterior se tiene que:
𝑛 = 𝑢1∗60
𝜋∗𝐷1. (62)
56 Ing. Ariel R. Marchegiani, II Curso Internacional de Especialización en Micro Y Minicentrales Hidroeléctricas, Unidad 6. 57 [ibíd.]
52
De esta forma, en la siguiente tabla se muestran los resultados obtenidos en función a los cambios de diámetro en el rodete sabiendo que 𝑢1 = 15.249, y dicha variable se encuentra directamente relacionada con la altura de diseño.
Diámetro rpm
200 1460,5
300 973,7
400 730,3
500 584,2
600 486,8
Tabla 16. Variación de rpm de acuerdo al diámetro
De acuerdo a lo anterior, se selecciona un diámetro que permita mantener unas revoluciones relativamente bajas en busca de producir la energía con mayor facilidad, así mismo, que permita la facilidad en su construcción y ensamblaje, por ello se elige un diámetro externo de rotor de
𝐷1 =400mm.
𝑛 = 730,25 𝑟𝑝𝑚
El diámetro interior del rodete se determina con la siguiente relación:
𝑑 = 0,66. 𝐷 ⇒ 0,66 (400) ⇒ 264𝑚𝑚 (63)
Ahora es posible hallar las condiciones faltantes
𝑢2 = 𝜋. 𝐷2. 𝑛
60=
𝜋 ∗ 0,264 ∗ 730.25
60= 10.09 𝑚 𝑠⁄
𝑤2 = 𝑟1
𝑟2. 𝑤1 =
0.2
0,132. 16.966 = 25,71
𝐶2 = √𝑢22 + 𝑤2
2 = √10,092 + 25,712 = 27,62
7.2.2.1 SELECCIÓN DE NÚMERO DE ALABES
53
Esta selección se hará en base al diámetro y las condiciones de funcionamiento de la
turbina, es decir altura y caudal. Teniendo en cuenta que pocos alabes provocará
pulsaciones en la generación de la potencia, y muchos álabes producirá una
aceleración del fluido dentro de la maquina lo que ocasiona aumento de pérdidas y el
efecto de reja. Según investigaciones existe un número óptimo de alabes tomando
como referencia la relación D/d. En la tabla 12 se muestran los resultados obtenidos
por A. Ulku y H. Olgun
Tabla 17. Numero óptimo de álabes58
Con la relación obtenida de D/d = 0,66 y evaluando la eficiencia hidráulica se elige un
numero de álabes de 30, como se hizo en GANZ, 1984, HUNGRIA; ya que con ese
número de alabes se obtiene un rendimiento aceptable.
7.2.2.2 ANCHO DEL RODETE
Para definir el ancho del rodete se deben tener en cuenta la relación entre el número
de álabes de admisión (𝑧𝑎) y el número de álabes totales (z), una vez seleccionado el
número de alabes se podrá determinar cuántos serán los de admisión y se halla el valor
del coeficiente 𝑥𝑧, este coeficiente se vincula con el ángulo de admisión de la máquina.
𝑥𝑧 = 0,05 < 𝑍𝑎
𝑍< 0,35 (64)
𝑥𝑧 =2
30= 0,06
Se tiene entonces que el ancho del rodete se determina por:
𝐵 = 0,259𝑄
𝑘𝑐.𝐷.√𝐻𝑛.𝑥𝑧 (65)
58 Ing. Ariel R. Marchegiani, II Curso Internacional de Especialización en Micro Y Minicentrales Hidroeléctricas, Unidad 6.
54
𝐵 = 0,2590,07
0,967 ∗ 0,4 ∗ √51 ∗ 0,06= 0,109𝑚
7.2.2.3 GEOMETRÍA DEL ALABE
El alabe de una turbina Banki tiene la forma se sector circular generalmente obtenidos
a partir de tubos de acero, bronce, acero inoxidable, etc. Con el número de alabes
seleccionado se puede determinar el paso entre alabes de la siguiente manera
�̂�𝑝 =360º
𝑍⇒
360º
30 (66)
�̂�𝑝 = 12º
Lo siguientes es determinar los diferentes parámetros de dimensión y ubicación de los
álabes. Basando el cálculo en que el ángulo de entrada es constante y las
características geométricas que se muestran en la siguiente figura:
Figura 12. Características del álabe59
Si se sabe que 𝛽1 = 30º , se tiene entonces que:
59 [Ibíd.]
55
𝜃 = 𝛾 + 30º (67)
𝜆 = 90º + 𝜃 = 180º −�̂�
2− 𝛾 (68)
Reemplazando la ecuación (30) en (31) se tiene:
𝛾 = 30º −�̂�
2 (69)
𝛾 = 30º −12
2
𝛾 = 24º
Sustituyendo en la ecuación (31) se tiene:
𝜃 = 60º −�̂�
2 (70)
𝜃 = 60º − 12
2
𝜃 = 54º
𝜆 = 150º −�̂�
2 (71)
𝜆 = 150º − 12
2
𝜆 = 144º
Por último, por relación geométrica se tiene:
𝛿 = 180º − 𝛾 − 30 − 𝜃 (72)
𝛿 = 150º − 30º +�̂�
2− 60º +
�̂�
2 (73)
Por lo tanto:
𝛿 = �̂� + 60º (74)
𝛿 = 12º + 60º
𝛿 = 72º
También puede hallarse el ancho radial, esta dimensión es muy importante, ya que si
el álabe es corto radialmente no se puede aprovechar la vena fluida en forma adecuada.
Por el contrario, si el álabe es largo, ocasionaría mayores pérdidas por fricción y
56
perturbaciones a la salida del álabe en la primera etapa. La expresión que determina el
ancho del álabe como:
𝐴 = 𝑅 − 𝑟 (75)
Una expresión que determina los parámetros óptimos de funcionamiento de la turbina
es de acuerdo al teorema del seno:
sen 𝜆
𝑅=
𝑠𝑒𝑛 𝛾
𝑟 (76)
Despejando r:
𝑟 = 𝑅𝑠𝑒𝑛 𝛾
𝑠𝑒𝑛 𝜆 (77)
Sustituyendo en la ecuación (37), la ecuación resultante será:
𝐴 = 𝑅 (1 −𝑠𝑒𝑛 𝛾
𝑠𝑒𝑛 𝜆) (78)
𝐴 = 200𝑚𝑚 (1 −𝑠𝑒𝑛 24º
𝑠𝑒𝑛 144º)
𝐴 = 61.6𝑚𝑚
La cuerda del álabe 𝐴𝜌 puede obtenerse de la siguiente manera:
𝐴𝜌
𝑠𝑒𝑛 �̂�=
𝑅
𝑠𝑒𝑛𝜆 (79)
Despejando 𝐴𝜌:
𝐴𝜌 = 𝑅 (𝑠𝑒𝑛 �̂�
𝑠𝑒𝑛 𝜆) (80)
𝐴𝜌 = 200𝑚𝑚 (𝑠𝑒𝑛 12º
𝑠𝑒𝑛 144º)
𝐴𝜌 = 70.74
Por último, el radio del álabe 𝑅𝑎 se obtiene de la siguiente manera:
𝐴𝜌
𝑠𝑒𝑛𝛿=
𝑅𝑎
𝑠𝑒𝑛𝜃 (81)
Por lo tanto
57
𝑅𝑎 = 𝑅 (𝑠𝑒𝑛 �̂�
𝑠𝑒𝑛 𝛿∗
𝑠𝑒𝑛 𝜃
𝑠𝑒𝑛 𝜆) (82)
𝑅𝑎 = 200𝑚𝑚 (𝑠𝑒𝑛 12º
𝑠𝑒𝑛 72º∗
𝑠𝑒𝑛 54º
𝑠𝑒𝑛 144º)
𝑅𝑎 = 60.18𝑚𝑚
7.2.3 DETERMINACIÓN DE LA GEOMETRÍA DEL INYECTOR
Con el diseño del rodete y la geometría del alabe ya establecidas, se decide tomar el perfil del inyector propuesto por la Universidad Nacional de la Plata (U.N.L.P.) y cuyas dimensiones se muestran en la siguiente tabla.
Tabla 18. Dimensiones del inyector según la U.N.L.P.60
60 "Turbina Mitchell-Banki: Criterios de Diseño, Selección y Utilización"; F. Zarate, C. Aguerre, R. Aguerre; Universidad Nacional de La Plata; La Plata, 1987.
58
Figura 13. Perfil del inyector propuesto por la U.N.L.P.61
En la siguiente tabla se ilustra el dimensionamiento resultante del inyector para el
diseño de la turbina, luego de sustituir “R” con el valor ya estipulado durante los cálculos
que el diámetro es de 400 mm, es decir que el valor de R es: 200mm
R1=202mm A=234.8mm
R2=192mm B=320mm
R3=37mm C=70mm
D=132mm
E=134mm
F=250mm
G=54mm
H=30mm
Tabla 19. Dimensionamiento del álabe regulador para el diseño de la Turbina62
Para calcular área de admisión, se cuenta con los datos de caudal y la componente de velocidad absoluta en la dirección meridiana y se determina con la relación siguiente:
𝐴𝑎 =𝑄
𝐶𝑚1 ⇒
0,070 𝑚3/𝑠
8.482 𝑚/𝑠 (83)
𝐴𝑎 = 0,008 𝑚2
7.2.4 DETERMINACIÓN DE LA GEOMETRÍA DEL ALABE REGULADOR
Una vez dimensionados los anchos del rotor y del inyector, se procede a dimensionar
el alabe regulador de caudal utilizando el perfil propuesto por la Universidad Nacional
de la Plata en Argentina, dicho perfil se relaciona a partir del radio del rodete y se
muestra en la siguiente tabla
61 [Ibíd.] 62 Elaborada por autor
59
Tabla 20. Dimensiones del álabe regulador según la U.N.L.P.63
Figura 14. Perfil del álabe propuesto por la U.N.L.P.64
En la siguiente tabla se ilustra el dimensionamiento resultante del álabe para el diseño
de la turbina, luego de sustituir “R” con el valor ya estipulado durante los cálculos que
es de 500 mm
R=200 mm
Secciones Puntos R Ángulo del arco
a=156.8mm 1 r1=0,888 14
63 "Turbina Mitchell-Banki: Criterios de Diseño, Selección y Utilización"; F. Zarate, C. Aguerre, R. Aguerre; Universidad Nacional de La Plata; La Plata, 1987. 64 [Ibíd.]
60
b=68mm 2 r2=0,464 30
c=110.4mm 3 r3=0,656 36
d=67.2mm 4 r4=0,4 30
e=20mm 5 r5=0,208 70
6 r6=0,24 64
7 r7=0,624 60
Tabla 21. Dimensionamiento del álabe regulador para el diseño de la Turbina65
7.3 VALORES FINALES DEL DISEÑO DE LA TURBINA
Potencial hidráulico (𝑃𝐻): Con los parámetros de Altura y Caudal ya establecido , se puede determinar el potencial hidráulico resultante
𝑃𝐻 = 𝛾. 𝑄. 𝐻𝑁 ⇒ (𝑔. 𝜌). 𝑄. 𝐻𝑁 (84)
𝑃𝐻 = (9,81 𝑚
𝑠2∗ 1000
𝑘𝑔
𝑚3) ∗ 0.07
𝑚3
𝑠∗ 51𝑚
𝑃𝐻 = 35,021 𝑘𝑤
Eficiencia de la Turbina: con la ecuación (2) se puede obtener la eficiencia de la turbina:
𝜂𝑚á𝑥 = 0.863 − 0.264 0.4
51= 86,1%
Potencial en el eje(𝑃𝐸): Se puede determinar el potencial en el eje relacionando
el potencial hidráulico con el rendimiento de la turbina calculado:
𝑃𝐸 = 𝑃𝐻 ∗ 𝜂𝑚á𝑥 ⇒ 35,021𝑘𝑤 ∗ 0,86 (85)
𝑃𝐸 = 30,118 𝑘𝑤
65 Elaborada por autor
61
Ahora, se puede determinar si la turbina se encuentra dentro de las condiciones de funcionamiento evaluándolas en las velocidades específicas de la Turbina Michell Banki, con las formulas anteriormente mencionadas.
Se conoce que según la figura 15 (pág.44) para 90m: 10<𝑁𝑞<25 y según la tabla 5 (pág.
17) 20<𝑁𝑠<200
Evaluando la velocidad específica de caudal se tiene:
𝑁𝑞 = 𝑁∗√𝑄
𝐻3 4⁄ ⇒ 730,25 𝑟𝑝𝑚∗√ 0,070 𝑚3/𝑠
51𝑚3 4⁄ = 10,12
Así mismo, evaluando la velocidad específica de potencia se tiene:
𝑁𝑠 = 𝑁 ∗ √𝑃
𝐻5 4⁄ ⇒
730,25 𝑟𝑝𝑚 ∗ √30.118 𝑘𝑤
51𝑚5 4⁄= 29,41
Qm(m³/s) Hm(m) Pm(kW) Dm(m) Nm(rpm) Nq Ns
Opción 1
0,040 90,000 30,372 200,000 1940,160 13,280 38,572
0,040 90,000 30,372 300,000 1293,440 8,853 25,715
0,040 90,000 30,372 400,000 970,080 6,640 19,286
0,040 90,000 30,372 500,000 776,064 5,312 15,429
0,040 90,000 30,372 600,000 646,720 4,427 12,857
Opción 2
0,050 72,000 30,372 200,000 1735,332 15,699 45,599
0,050 72,000 30,372 300,000 1156,888 10,466 30,399
0,050 72,000 30,372 400,000 867,666 7,849 22,799
0,050 72,000 30,372 500,000 694,133 6,280 18,240
0,050 72,000 30,372 600,000 578,444 5,233 15,200
Opción 3
0,060 60,000 30,372 200,000 1584,134 17,999 52,280
0,060 60,000 30,372 300,000 1056,089 11,999 34,854
0,060 60,000 30,372 400,000 792,067 9,000 26,140
0,060 60,000 30,372 500,000 633,654 7,200 20,912
0,060 60,000 30,372 600,000 528,045 6,000 17,427
Opción 4
0,070 51,000 30,118 200,000 1460,500 20,248 58,810
0,070 51,000 30,118 300,000 973,666 13,498 39,207
0,070 51,000 30,118 400,000 730,250 10,124 29,405
0,070 51,000 30,118 500,000 584,200 8,099 23,524
0,070 51,000 30,118 600,000 486,833 6,749 19,603
62
Opción 5
0,080 45,000 30,372 200,000 1371,900 22,334 64,870
0,080 45,000 30,372 300,000 914,600 14,889 43,247
0,080 45,000 30,372 400,000 685,950 11,167 32,435
0,080 45,000 30,372 500,000 548,760 8,933 25,948
0,080 45,000 30,372 600,000 457,300 7,445 21,623
Opción 6
0,090 40,000 30,372 200,000 1293,440 24,396 70,861
0,090 40,000 30,372 300,000 862,293 16,264 47,241
0,090 40,000 30,372 400,000 646,720 12,198 35,431
0,090 40,000 30,372 500,000 517,376 9,758 28,344
0,090 40,000 30,372 600,000 431,147 8,132 23,620
Tabla 22. Posibles soluciones de Diseño de turbina variando diámetro de rodete66
Los valores resultantes indican que la turbina diseñada se encuentra dentro de los rangos de funcionamiento adecuado. En la tabla 19 se muestran otras posibles soluciones partiendo de las opciones de la tabla 11 (pág. 45) que cumplen con las condiciones de velocidades específicas, variando el diámetro del rodete, cabe mencionar que con cada opción los parámetros de diseño también cambian. Se puede observar que con distintas condiciones la turbina de flujo Michel Banki puede generar la misma potencia, lo cual la hace muy versátil y se demuestra que su campo de aplicación es alto.
Después de utilizar las relaciones planteadas y con los parámetros de diseño mencionados, los datos finales de cálculo se ilustran en la siguiente tabla de resultados:
66 [Ibíd.]
63
Tabla 23.Resultados finales del diseño de la turbina Michell Banki67
8. ANÁLISIS DIMENSIONAL Y REDISEÑO A ESCALA DE LA TURBINA
Con base en los datos obtenidos de caudal, diseño de los alabes de admisión y del rotor, diseño del bastidor y geometría de los demás componentes se continua realizando el análisis dimensional de la Turbina de flujo cruzado que permite efectuar un escalamiento de la misma y obtener unas nuevas dimensiones del prototipo a fabricar y permitan simular el comportamiento de la turbina.
A continuación se presentan las opciones de solución de diseño de la turbina para generar la misma potencia conservando el diámetro de diseño inicial; esto se presenta como introducción al escalamiento de la turbina, ya que de allí parten las posibles soluciones del prototipo a escala. Teniendo en cuenta esto, se realiza el procedimiento
67 [Ibíd.]
64
de escalamiento con las soluciones y se escoge la que se encuentre dentro del rango funcionamiento que se requiere.
Qm(m³/s) Hm(m) Pm(kW) Dm(m) Nm(rpm) Nq Ns
0,040 90,000 30,372 400,000 970,080 6,640 19,286
0,050 72,000 30,372 400,000 867,666 7,849 22,799
0,060 60,000 30,372 400,000 792,067 9,000 26,140
0,070 51,000 30,118 400,000 730,250 10,124 29,405
0,080 45,000 30,372 400,000 685,950 11,167 32,435
0,090 40,000 30,372 400,000 646,720 12,198 35,431
Tabla 24. Opciones de diseño para dimensionamiento68
Como se muestra en la tabla, las opciones resaltadas en verde cumplen con las
velocidades específicas de la turbina. Después de realizar los procedimientos
mencionados, se muestra a continuación la que mejor se adecuo a las condiciones del
banco de la Universidad.
8.1 CONDICIONES DE DIMENSIONAMIENTO
Para el dimensionamiento del prototipo se inicia el análisis teniendo como parámetro las características de la bomba que se encuentra en el laboratorio destinado a la prueba de otros equipos.
8.1.1 Caudal de Trabajo
Para nuestro caso, se pretende trabajar con la bomba que se encuentra en los laboratorios de la universidad destinada al banco de pruebas de distintas turbinas, El modelo de la bomba es HHE 1.5 75-3 (5HP)
68 [Ibíd.]
65
Figura 15. Curva de rendimiento de bomba instalada en el banco de pruebas69
De acuerdo con la figura 43 se puede ver que tiene un rango de operación de 0 a 80 GPM que corresponden en nuestros cálculos a
𝑄𝑝 = 0 𝑚3
𝑠− 0,005
𝑚3
𝑠
8.1.2 Altura
La altura propuesta se encuentra dentro del rango de alturas que maneja el banco de pruebas donde se instalara la turbina prototipo; se realiza una iteración partiendo desde 34 m, que es donde se logra el mayor caudal, y según la curva de funcionamiento se podrá obtener hasta 60 m estrangulando la salida de la misma. Con base a la eficiencia de la bomba, se considera un decrecimiento del rango y se toma el siguiente rango de alturas:
𝐻𝑝 = 30 𝑚 − 56 𝑚
8.1.3 Velocidades especificas
Para que los resultados de funcionamiento del prototipo se acerquen al estimado de funcionamiento de la turbina modelo es necesario cumplir ciertas condiciones, se requiere inicialmente mantener la velocidad especifica del prototipo muy cercana a la del modelo para que se pueda generar una potencia estimada.
69 Catálogo de Bombas de Alta Presión; Barnes; 2014. www.barnes.com.co
66
Recordando los valores obtenidos en el diseño se tiene que:
Velocidad específica en función del caudal: 𝑁𝑞𝑚 = 10,12
Velocidad específica en función de potencia: 𝑁𝑠𝑚 = 29,41
8.2 CALCULO DE PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO DEL PROTOTIPO
Se inicia con los datos existentes arrojados de los cálculos del diseño de la turbina en condiciones reales tratando que estos datos al realizar el escalamiento se encuentren dentro de los parámetros de trabajo que puede ofrecer el banco de pruebas ubicado en la universidad distrital.
Los datos iniciales utilizados para aplicar las leyes de semejanza son:
Tabla 25. Datos para análisis dimensional70
Para iniciar el cálculo es necesario realizar una corrección de revoluciones por minuto
de acuerdo a condiciones que se encuentren comercialmente, con las siguientes
formulas:
Numero de polos del generador (86)
Velocidad de giro del generador (87)
De esta manera se obtiene:
70 Elaborada por autor
67
𝑝 = 60
730,25∗ 60 = 4,92 ≈ 5
𝑝 = 60
5∗ 60 = 720 𝑟𝑝𝑚
Para la elaboración del prototipo se supone que las turbinas trabajan en saltos diferentes por lo tanto 𝐷𝑚 ≠ 𝐷𝑝 y 𝐻𝑚 ≠ 𝐻𝑝.
8.2.1 RPM del prototipo
Para mantener la velocidad específica se empieza por calcular la velocidad de giro del generador del prototipo, la cual se puede obtener despejando 𝑛𝑝 de la Ecuación (88) y
reemplazando
(88)
Despejando:
𝑛𝑝 = 𝑛𝑚√𝐻𝑝
𝐻𝑚(
𝐷𝑚
𝐷𝑝) (89)
Se asume un diámetro del prototipo que se pueda construir a escala, para ello se considera un rango de 10 a 30 cm. Luego, se efectúa la iteración con las alturas que ofrece el rango de funcionamiento de la bomba del banco de pruebas. Se tiene entonces que:
𝐷𝑝 = 0.1 ℎ𝑎𝑠𝑡𝑎 0.31 𝑚
Tabla 26. Iteración #3 para rpm del prototipo por leyes de semejanza.71
71 [Ibíd.]
68
En términos generales, se observa con la iteración que en el rango de alturas utilizado y variando el diámetro del rodete las rpm disminuyen variando el número de polos del generador, para lograr la construcción a escala reducida y con un numero de polos acorde a los encontrados en los generadores de tipo comercial se selecciona inicialmente la opción de 1800 rpm.
8.2.2 Diámetro de rodete del prototipo
Una vez seleccionada las rpm de calcula el diámetro del prototipo con la siguiente ecuación despejada de la ecuación (88):
𝐷𝑝 = 𝐷𝑚√𝐻𝑝
𝐻𝑚(
𝑛𝑚
𝑛𝑝) (90)
De igual forma, se realiza la iteración variando las alturas del prototipo dentro del rango de funcionamiento seleccionado para conseguir un rango de diámetros de construcción.
Tabla 27. Iteración para diámetro del prototipo por leyes de semejanza.72
Se observa que el diámetro tiene una relación directamente proporcional a la altura, lo cual haría irrelevante el escalamiento.
72 [Ibíd.]
69
8.2.3 Caudal de diseño del prototipo
Con los datos obtenidos, se procede a calcular el Caudal necesario para el prototipo, se tiene la siguiente ecuación:
(91)
Despejando:
𝑄𝑝 = 𝑄𝑚√𝐻𝑝
𝐻𝑚(
𝐷𝑝
𝐷𝑚)
2
(92)
Tabla 28 Iteración para caudal del prototipo por leyes de semejanza73
Como se tiene un rango de operación de 𝑄𝑝 = 0 𝑚3
𝑠− 0,005
𝑚3
𝑠 , se limita la iteración a
las dos primeras opciones y se escoge la que tiene un diámetro más grande por facilidad de construcción y ensamblaje.
73 [Ibíd.]
70
8.2.4 Potencia y Velocidad especifica del prototipo
Potencia útil en el eje:
(93)
Despejando:
𝑃𝑒𝑝 = 𝑃𝑒𝑚√𝐻𝑝
𝐻𝑚
3/2
(𝐷𝑝
𝐷𝑚)
2
(94)
Los resultados se mantienen en la misma línea con los parámetros antes seleccionados logrando una potencia en el eje de 1,28 Kw.
Para el cálculo de la velocidad específica en función del caudal y en función de la potencia: se utilizan las fórmulas de las ecuaciones (40) y (41). Estas fórmulas se aplican de igual manera para los datos obtenidos del análisis anterior buscando mantener las velocidades específicas entre el modelo y el prototipo.
Tabla 29. Condiciones del diseño del prototipo por leyes de semejanza.74
74 [Ibíd.]
71
Partiendo de las alturas y los diámetros calculados como el punto de funcionamiento óptimo para la escala, se calcula el Nq y el Ns de prototipo que se mantienen muy cercanos a los del modelo. Por lo que el modelo aplica y se pude fabricar
8.3 REDIMENSIONAMIENTO DE LA TURBINA
Con los resultados obtenidos es posible comparar los dos diseños
Tabla 30. Comparación de resultados obtenidos75
En la tabla 26 se comparan los datos iniciales del diseño detallado comparados con los datos obtenidos por las leyes de semejanza en cuanto a los parámetros básicos para el diseño inicial del prototipo. La escala geométrica aproximada es de 1:3 entre el modelo y el prototipo con la cual se logran unas velocidades específicas muy cercanas entre los dos diseños para poder observar el comportamiento de la turbina prototipo y elaborar su curva de funcionamiento real.
75 [Ibíd.]
72
9. PROCESO DE FABRICACIÓN DEL PROTOTIPO A ESCALA
9.1. CONSIDERACIONES DE LA FABRICACIÓN
Una vez se han calculado las dimensiones y los parámetros más importantes de la
turbina, se procede al diseño y fabricación del prototipo, él diseño se basó en el
prototipo diseñado por Aponte, Juan; Cubias, Marvin; Portillo, Alfredo y Romero, William
en “Diseño y Fabricación de una turbina Banki y propuesta del banco de pruebas”,
Universidad de Salvador. Noviembre de 2011, ya que se observaron métodos de
fabricación más asequibles que otros y por su facilidad en la adaptación al banco de
pruebas que se encuentra en la Universidad, salvo por la capacidad de rehabilitar el
agua al tanque principal, puesto que la turbina Michel Banki no cuenta con la presión
de salida suficiente para utilizar el mismo sistema. Para ello, es menester utilizar un
recipiente de acumulación del agua de descarga y un sistema de restitución
independiente.
Ilustración 7. Banco de pruebas destinado para instalación del prototipo.76
76 Tomada de: Laboratorio Mecánica de Fluidos; Universidad Distrital; Facultad Tecnológica, Marzo 2015
73
9.2. SELECCIÓN DE MATERIALES
Para la elaboración del prototipo se seleccionan materiales comercialmente asequibles,
que a su vez proporcionen estabilidad y durabilidad al prototipo. Se escoge para todas
las láminas de la construcción: Cold Rolled (CR) de calibre 16, de igual forma lamina
de calibre 25 para los alabes del rodete. Para los ejes del rodete se usó varilla lisa
calibrada de ¾ de pulgada y para el eje del alabe directriz varilla lisa calibrada de ¼ de
pulgada.
En total se usan 36 tornillos M6 de ½ pulgada con tuerca para la sujeción de la carcasa
superior e inferior, inyector y tapas; Igualmente, se usan dos chumaceras
estandarizadas de ½ pulgada para el eje del rotor aseguradas con tornillo de 5/16” a
las bases de la chumacera. Por último, se utilizaron tres acoples roscados de 1 pulgada:
unos para la entrada al prototipo, y otras dos para el desagüe. La información técnica
de los materiales se encuentra en el ANEXO 1.
9.3. CONSTRUCCION DEL PROTOTIPO
Al iniciar con el diseño, se consideró como parámetro más relevante el diseño del
rodete, ya que para su selección se tienen en cuenta las condiciones de caudal y altura
del posible aprovechamiento energético, con base en esto y a las condiciones
mencionadas en el dimensionamiento del prototipo se seleccionó el diámetro de rodete
de 123 mm; partiendo de este diámetro se dimensionaron los aspectos más relevantes
de la turbina que influyen directamente con su desempeño.
Ilustración 8. Prototipo de la Turbina a Fabricar77
77 Elaborada por autor
74
En la gráfica 26 se observa el diseño por secciones de la turbina a elaborar con el
material destinado para iniciar con el proceso de fabricación. Como se menciona
anteriormente todo el dimensionamiento de la turbina se basa en los cálculos del rodete,
Después de realizar el dimensionamiento de este se busca que la carcasa tenga
espacio suficiente para facilitar el ensamble.
Ilustración 9. Corte de Laminas para construcción.78
Debido a las dimensiones del prototipo se optó por realizar el despiece de la máquina
en láminas como se muestra en la Ilustración 9, y se envió para cotización por diferentes
métodos de corte, se eligió el corte laser, ya que garantiza una tolerancia en el corte de
+/- 0,1 mm. Este servicio se pidió en lámina de calibre 16 y se presta en un centro de
corte laser computarizado; permitiendo unos cortes más precisos para la fabricación del
prototipo.
Posteriormente, para el ensamble de láminas, se usó soldadura MIG, que permite un
mejor acabado; procediendo con puntos de soldadura para darle rigidez sin llegar a
desgastar el material debido a su espesor; logrando un prototipo funcional y durable.
Se cortaron 30 alabes de 14 mm x 25 mm en lámina de CR calibre 25; correspondiendo
al ancho del corte por láser que se ofrece comercialmente, siendo este de 0.1 mm de
espesor logrando darle al disco del rodete espacio para poder encajar los alabes en las
ranuras que se cortaron para tal fin.
En la siguiente Ilustración se muestran evidencias del proceso:
78 [Ibíd.]
75
Ilustración 10. Ensamblaje de componentes79
Teniendo en cuenta las condiciones a las cuales se someterán la turbina, se busca
reducir fugas de agua durante su funcionamiento, por esto se utiliza masilla plástica con
catalizador en todas las uniones y se les da un acabado. El inyector se masilla para
reducir pérdidas de presión del fluido, por su parte, el rodete se masilla en los alabes y
en el exterior para darle estabilidad y permitir que no se produzcan turbulencias durante
su uso. En la siguiente ilustración se muestran evidencias del proceso:
Ilustración 11. Aplicación de masilla plástica y acabados.80
Acto seguido a que la masilla plástica se encuentre totalmente sólida, se pulen las
superficies con abrasivos, se aplica base anticorrosiva a todas las piezas y
posteriormente una capa de pintura de aceite para asegurar la funcionalidad del equipo
por un largo tiempo. En la Ilustración 12 se puede observar evidencia del proceso
79 [Ibíd.] 80 [Ibíd.]
76
Ilustración 12. Aplicación de anticorrosivo y pintura al prototipo.81
Finalmente, en la Ilustración 13 se observa la turbina ensamblada y lista para realizar
las pruebas en el banco
Ilustración 13. Prototipo construido y ensamblado82
10. SELECCIÓN DE INSTRUMENTOS DE MEDICION Y ACCESORIOS Con base al prototipo ya fabricado a partir del modelo, se busca reproducir las condiciones necesarias para que la turbina funcione; de igual manera se requieren los instrumentos de control y medición necesarios para la toma y análisis de datos del prototipo; los elementos utilizados en las pruebas son:
Dinamómetro.
Freno Prony.
81 [Ibíd.] 82 [Ibíd.]
77
Tacómetro.
Manómetro de 0 – 100psi
Accesorios de PVC.
Caudalímetro.
10.1. FRENO PRONY
Es un dispositivo utilizado para medir la potencia mecánica real de un motor o turbina,
el freno está compuesto por un brazo, el cual tiene unidos una correa y un dinamómetro
en cada uno de sus extremos. La correa sujeta el eje del motor, mientras en el
dinamómetro se visualiza la fuerza ejercida por el motor 83 . Un esquema de este
dispositivo se puede apreciar en la siguiente figura:
Figura 16. Diagrama de freno prony84
10.2. ADECUACIONES REALIZADAS
Durante este proyecto se realizaron algunas adecuaciones básicas al prototipo, con el fin de ajustarlo al banco de pruebas instalado en el laboratorio, y poder realizar las pruebas de funcionamiento. Las adecuaciones contemplan la fabricación de empaques, ajustes de corrección de fugas durante las pruebas, Construcción de soportes de sujeción al banco, fabricación de la pieza acoplada al eje motriz para la transmisión de potencia, entre otros.
83 Información tomada de: http://www.mdf.fisica.cnba.uba.ar/limbo/index.php?option=content&task=view&id=64 84 [Ibíd.]
78
Ilustración 14. Instalación de Prototipo en Banco de Pruebas85
De la misma manera, se instaló un recipiente de acumulación del agua de descarga de la turbina, así como el acoplamiento de una bomba neumática que restituya el agua al tanque principal.
11. PRUEBAS Inicialmente se toma registro de las características de la bomba en condiciones
normales, es decir, sin estar acoplado el sistema a nuestro prototipo para determinar
en qué rango de funcionamiento realizaremos las pruebas. Los datos obtenidos de la
prueba son:
Figura 17. Graficas de funcionamiento de bomba en sistema abierto.86
85 Elaborada por el autor- 86 [Ibíd.]
17
27
37
47
57
67
15 20 25 30 35
P vs Q
12
17
22
27
32
37
42
47
15 20 25 30
H vs Q
(l/s) (l/s)
(Psi) (m.c.a.)
79
El objetivo de las pruebas realizadas en el prototipo es obtener las curvas de
funcionamiento variando las condiciones de caudal y posicionamiento del alabe
directriz, que facilite evaluar el desempeño en la producción de energía. En la Ilustración
15 se muestra el montaje construido para llevar a cabo las pruebas.
Ilustración 15. Ejecución de pruebas del prototipo87
Para la medición de potencia se acoplo el prototipo al sistema freno prony en que se
encuentra instalado, así, cuando la turbina gira puede observar la carga ejercida en los
dinamómetros durante el movimiento del rotor, y con la medición de revoluciones por
minuto otorgada por el tacómetro se puede calcular su potencia. Cabe mencionar que
el dispositivo de acople a la correa de freno tiene un diámetro de 60 mm.
De otro lado, el banco cuenta con el manómetro y el caudalímetro antes de la entrada
de la turbina, de los cuales se puede tomar los datos necesarios durante las pruebas.
La condición que va a variar durante las pruebas está determinada por la estrangulación
de la válvula a la salida de la bomba, así mismo se determinaran potencia y eficiencias
de la siguiente forma
Potencia Hidráulica 𝑃𝐻(𝑊) =(9,81
𝑚
𝑠2∗1000𝑘𝑔
𝑚3)∗𝑄(𝑚3
𝑠)∗𝐻(𝑚)
1000
Potencia Mecánica 𝑃𝑀 = 𝑇(𝑁 ∗ 𝑚) ∗ 𝜔(𝑟𝑎𝑑
𝑠)
Por ultimo:
Eficiencia de la Turbina 𝜂𝑇 =𝑃𝐻
𝑃𝑀
∗ 100
87 [Ibíd.]
80
La tabla de datos tomados durante las pruebas fue la siguiente:
Tabla 31. Tabla de resultados de pruebas del prototipo.88
Nota: La toma de datos se hizo únicamente sobre los primeros 30 segundos de
funcionamiento del prototipo ya que durante las pruebas se presentó la siguiente
dificultad, que no permitió una toma de datos eficiente y que influyó en el
comportamiento de la turbina durante las pruebas: Por acondicionamiento de la turbina
al banco destinado, se fabricó el depósito y desagüe que se encuentra en la parte
inferior del prototipo con dos salidas acopladas a mangueras que conducen al recipiente
de acumulación. Sin embargo, se observó que no fue suficiente, ya que la capacidad
de descarga era inferior a la del suministro, por lo que el fluido se acumuló dentro del
prototipo y causó que no se tuviera un funcionamiento constante de la turbina, así como
la reducción de potencia en el eje del rotor a cierto tiempo.
11.1. ANÁLISIS DE DATOS
Considerando los datos numéricos, se evalúan los parámetros de operación de la
turbina, obteniendo caudales que se encuentran entre 0 y 0,0016𝑚3
𝑠 y las altura netas
comprendidas entre 12 y 47 m.c.a., como se evidencia en la figura 20. Se obtienen las
curvas características del prototipo, en función de la velocidad de giro, en función del
caudal de la siguiente manera:
En el aspecto hidráulico tenemos:
88 [Ibíd.]
81
Figura 18. Eficiencia de la turbina en función del caudal89
Y:
Figura 19. Altura de la turbina en función del Caudal90
Evaluación mecánica de la turbina
89 [Ibíd.] 90 [Ibíd.]
0
10
20
30
40
50
60
70
0,0014 0,00145 0,0015 0,00155 0,0016
n vs Q
28,8
29
29,2
29,4
29,6
29,8
30
30,2
30,4
0,00135 0,0014 0,00145 0,0015 0,00155 0,0016
H vs Qm
m³/s
m³/s
%
82
Figura 20. Torque obtenido en función de las revoluciones por minuto91
Figura 21. Potencia obtenida en función de las revoluciones por minuto92
91 [Ibíd.] 9292 [Ibíd.]
0
0,002
0,004
0,006
0,008
0,01
0,012
0,014
0,016
160 165 170 175 180 185
T vs RPM
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
160 165 170 175 180 185
P vs RPMKw
rpm
rpm
Nm
83
Figura 22. Eficiencia obtenida en función de las revoluciones por minuto93
12. APLICACIÓN DE TURBINA MICHEL BANKI EN REGION ANDINA
Con una eficiencia promedio establecida durante las pruebas del 56% con respecto a
la potencia hidráulica, se puede estudiar la aplicación de la turbina en la región andina
efectuando una extrapolación de datos con los números adimensionales obtenidos en
el prototipo y las formulas conocidas del dimensionamiento para obtener los nuevos
datos. De esta manera se obtiene:
Recordando los valores adimensionales durante los cálculos de dimensionamiento se
tiene:
𝑁𝑠 = 28.99 𝑁𝑞 = 9.98
Despejando de la ecuación de la velocidad específica en función de caudal se tiene:
𝑁𝑞 = 𝑁∗√𝑄
𝐻3 4⁄ ⇒ 𝑄 = (𝑁𝑞∗ 𝐻3 4⁄
𝑁)
2
(95)
𝑄 = (9.98 ∗ 513 4⁄
720)
2
= 0.070 𝑚3
𝑠
93 [Ibíd.]
0
10
20
30
40
50
60
70
160 165 170 175 180 185
n vs RPM
rpm
%
84
Así mismo, de la ecuación de la velocidad específica en función de potencia se tiene:
𝑁𝑠 = 𝑁∗√𝑃
𝐻5 4⁄ ⇒ 𝑃 = 𝑁𝑠∗𝐻5 4⁄
𝑁 (96)
𝑃 = (28.99 ∗ 515 4⁄
720)
2
= 30.113 𝑘𝑤
Aplicando el rendimiento obtenido en las pruebas se obtiene la potencia real de la
turbina:
𝑃𝑅 = 𝜂𝑇 ∗ 𝑃𝐻 = 0.56 ∗ 30.113 = 16.863 𝑘𝑊
Finalmente como resultado del caso en estudio, se proyectan los indicadores de
operación de la turbina real bajo la perspectiva del modelamiento, obteniéndose:
Caudal: 𝟎. 𝟎𝟕𝒎𝟑
𝒔
Altura: H = 𝟓𝟏𝒎 Eficiencia hidráulica: = 56% Potencia: P = 𝟏𝟔. 𝟖𝟔𝟑 𝒌𝒘 Revoluciones del rotor N = 720 rpm Torque: T = 0.224 N*m
Tabla 32. Oferta Hídrica de la Zona Hidrográfica Magdalena - Cauca94
Como se observa en la tabla anterior, se presenta una variación de caudal en tiempos
seco o en tiempos de lluvia que representa una reducción promedio de rendimiento
hídrico del 35% en todas sus zonas. La turbina Michell Banki es especialmente
apropiada para ríos con pequeños caudales, estos generalmente llevan caudales bajos
durante temporadas bajas, por lo que para el diseño se debe considerar como caudal
94 Tabla tomada de: (informe mensual de variables de generación y del mercado eléctrico colombiano – agosto de 2014 subdirección de energía eléctrica – grupo de generación) agosto 2014.
85
medio. Para épocas de abundancia agua, el caudal se considera como el total que será
utilizado para usos productivos.
Como se presenta en la Tabla 34, los ríos representativos de esta región muestran
caudales por encima
Tabla 33. Correlación de caudales representativas de las áreas hidrográficas.95
En condiciones climáticas secas, se estiman. El área hidrográfica cae en el rango de moderados a excedentes (entre 40 l/s-km2 y 60 l/s-km2) en todas sus cuencas.96
95 Información tomada de: Jurado, J. & B. Liebmann. 2003: Relaciones entre caudales mensuales en ríos de Colombia y las temperaturas superficiales del mar en la zona tropical Meteorol. Colomb. 7:37-52. ISSN 0124-6984. Bogotá, D.C. – Colombia. 96 [Ibíd.]
86
Tabla 34. Principales características técnicas de los generadores hidráulicos del
sistema eléctrico colombiano. 97
Recordando los parámetros iniciales del diseño de la turbina objeto de este estudio:
Altitud máxima: 750 msnm Altitud mínima: 280 msnm Caudal (Q): 0.07 m3/s Altura Neta (𝐻𝑛): 51 m
97 UMPE
87
Tabla 35. Caracterización de los ríos de la región andina.98
En la tabla anterior se encuentran ríos característicos de la región de estudio, sus
caudales medios y su caudal aprovechable para el cual asignamos un 10 % del caudal
total. Para evaluar la posible aplicación de la turbina asignamos la altura mínima en la
que pueden funcionar este tipo de según la figura 10: campo de aplicación de las
turbinas (pág. 46); la cual es 5 m. Con base en estos datos, se calcula la potencia
hidráulica y a esta se le aplica la eficiencia obtenida en los ensayos con el prototipo que
es del 56% dando como resultado la potencia mecánica en el eje, se obtiene que el 84
% de los ríos de la región cumplen con las condiciones de funcionamiento para la
turbina diseñada.
Se comprueba que el rango de potencias obtenidas está dentro del campo de
producción de la turbina Michel Banki. Para los casos en que los caudales superan el
rango de aplicación de la turbina es recomendable usar otro tipo de turbinas hidráulicas
que se adapte mejor a dichas condiciones.
De acuerdo con la información estudiada se estima que la turbina Michel Banki es
aplicable a gran parte de los ríos de la región andina, ya que por sus características de
98 Elaborado por autor
NOMBRE DEL RIOCaudal Q
(m³/s)
Caudal Util
(m³/s)Altura (m)
Potencia
Hidraulica
(Kw)
Potencia
Mecanica
(Kw)
Alto Anchicaya 55,00 5,50 5 270 151
Calima 14,00 1,40 5 69 38
Digua 26,00 2,60 5 127 71
Cauca/Salvajina 141,00 14,10 5 691 387
Bata/Chivor 81,00 8,10 5 397 222
Chuza 12,00 1,20 5 59 33
Guavio 72,00 7,20 5 353 198
Magdalena/Betania 428,00 42,80 5 2097 1174
Prado 54,00 5,40 5 265 148
Miel 1 84,00 8,40 5 412 230
Bogotá 26,00 2,60 5 127 71
Guatapé/Playas 32,00 3,20 5 157 88
Nare/El Peñol 49,00 4,90 5 240 134
San Lorenzo/Jaguas 41,00 4,10 5 201 113
San Carlos/Punchina 28,00 2,80 5 137 77
Porce 2 109,00 10,90 5 534 299
Guadalupe 22,00 2,20 5 108 60
Grande 2 33,00 3,30 5 162 91
Urra 340,00 34,00 5 1666 933
88
funcionamiento, esta se adapta a bajas condiciones de caudal; y como se ha
evidenciado en el estudio a mayor caudal, la eficiencia también incrementa, además,
debido a la magnitud de cabeza y caudal donde es utilizable, esta turbina resulta más
adaptable que otras a las condiciones de la región de estudio
13. EVALUACIÓN ECONOMICA DEL PROYECTO
El cuadro de costos de la turbina Michel Banki corresponde a los valores de diseño y
fabricación del prototipo.
Tabla 36. Tabla de costos de fabricación99
99Elaborado por autor
COSTOS FABRICACIÓN
Descripción Cantidad de elementos
Número
Costo Unitario Pesos
Costo Total
Pesos
Corte de Lamina C.16 50𝒄𝒎𝟐 $100.000
𝒄𝒂𝒅𝒂 𝟏𝟎𝟎𝒄𝒎𝟑 $50.000
Corte Laser de Lamina 1 $200.000 $200.000
Ensamblaje de Turbinas 4 $50.000 por hora $200.000
Maquinado de ejes 1 $40.000 $40.000
Masilla Plástica y Pintura 2 $10.000 $20.000
Tornillería y Accesorios $20.000
Adquisición Acoples 4 $5.000 $20.000
Bomba Neumática 1 $300.000 $300.000
Accesorios Neumáticos 4 $25.000 $100.000
Acople de Freno Prony 1 $80.000 $80.000
Base adaptación al banco 1 $40.000 $40.000
Asesorías Técnicas $100.000
Papelería $50.000
Sub Total Costos
Fabricación $1’220.000
Imprevistos $50.000
Total Costos Fabricación $1’270.000
89
14. CONCLUSIONES
Las pruebas de funcionamiento permitieron observar la funcionalidad del
prototipo de turbina estudiado, durante las pruebas la turbina demostró un buen
funcionamiento bajo las condiciones estudiadas. La máxima potencia entregada
fue de 0.28 W con una eficiencia de 56% con respecto a la potencia hidráulica
con un caudal de 0.00139 m³/s. En las pruebas se evidenció que al incrementar
el caudal mejora el desempeño del prototipo de turbina.
La eficiencia obtenida después de analizar los datos obtenidos en las pruebas,
no fue la esperada, la eficiencia se pudo ver afectada por efecto de las
condiciones de fabricación, y condiciones para el desarrollo de la prueba; no fue
posible alcanzar en los ensayos las condiciones de diseño para las que el
prototipo fue diseñado (caudal de 0.005𝑚3
𝑠, H=30).
El estudio realizado comprueba que la Turbina Michell Banki es una máquina
con un amplio rango de funcionamiento, con capacidades de generación desde
1 hasta 1000 kW, que se utiliza principalmente para pequeñas centrales
hidroeléctricas. Esto representa, que puede remplazar las turbinas Francis en
pequeños aprovechamientos gracias a su facilidad y costos de fabricación.
Para el caso evaluado en el municipio de Belén de los Andaquies, contando una
H= 51m y un Q= 0,07 𝑚3
𝑠⁄ en la quebrada la resaca; con un diámetro
seleccionado de rodete de 40 cm. La turbina diseñada puede generar 15 KW, lo
cual cubre un 43 % de la capacidad eléctrica instalada en el municipio.
La relación del rodete dentro de los cálculos y el diseño de esta turbina es de
suma importancia para la obtención de buenos resultados, ya que su diámetro
es directamente proporcional al rendimiento hidráulico de la turbina, así mismo,
entre mayor sea su diámetro, su velocidad de embalamiento es menor.
Se debe mantener cierta proporcionalidad entre el diámetro de entrada y el
ancho del inyector, con el objetivo de reducir cambios de sección bruscos,
asegurando la ausencia de perturbaciones en el flujo de trabajo.
La investigación complementa estudios semejantes al modelamiento numérico
relacionado a las leyes de semejanza en turbinas. Aunque el análisis realizado
no genera una escala geométrica general en la turbina, sino que dimensiona los
componentes para generar un funcionamiento similar basado en algunas
90
condiciones de dimensionamiento. Se puede suponer una escala de 1:3 en el
dimensionamiento de rodete, alabes e inyector; con respecto a la turbina real.
Durante el proceso de fabricación de la turbina se comprobó su ventaja principal
ante otras, que es su simplicidad y fácil construcción. Sin embargo, durante las
pruebas se identificaron puntos a mejorar en el prototipo teniendo en cuenta
aspectos de operación, montaje y mantenimiento. En consecuencia, se propone
modificar el material en la tapa superior para tener acceso visual al
comportamiento del rodete durante su funcionamiento, también, el cambio en el
diseño de transición de la sección circular a rectangular y por último, se propone
la adecuación del banco de pruebas para que cuente con su propio sistema de
descarga y a su vez toma de fluido; esto supone entonces, que el prototipo tenga
un sistema de descarga abierto al recipiente de acumulación.
Contando con el potencial hídrico mencionado en el estudio en varias zonas de
la región andina que aún no cuentan con electricidad, así como la demanda
creciente de energía y el nivel de apropiación que se ha alcanzado con relación
a la turbina Banki. Se puede decir que existen muchas oportunidades de
desarrollo social en cuanto a proveer electricidad a grupos de población que aún
no cuentan con ésta, junto al compromiso de no deteriorar aún más las
condiciones ambientales y la posibilidad de generar mejores condiciones de
vida.
91
15. RECOMENDACIONES
Fortalecer el estudio de este tipo de turbina, permitiendo una mayor apropiación
de los métodos de energías alternativas.
Con este proyecto, nace la propuesta de la adecuación del banco de pruebas
para que cuente con su propio sistema de descarga a un tanque de acumulación
y a su vez toma de fluido, para la implementación y puesta a prueba de otros
tipo de turbina, sin intervenir con otros bancos del laboratorio de mecánica de
fluidos
Se recomienda realizar nuevas pruebas de funcionamiento, en las que se
estudie la turbina en condiciones de operación adecuadas, para realizar un
mejor ajuste de resultados
De la misma forma, surge la propuesta de adecuar el prototipo con las mejoras
sugeridas en este documento que permita evaluar el funcionamiento de la
turbina con una presión y un caudal constante, como funcionaria en una
aplicación real.
92
16. BIBLIOGRAFÍA
ORGANIZACIÓN LATINOAMERICANA DE ENERGÍA OLADE. Apuntes para un Manual de Diseño, Estandarización y Fabricación de Equipos para Pequeñas Centrales Hidroeléctricas, 1988. (doc.) PAZ, E. 8vo Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica de Metodología de Diseño Hidráulico y Mecánico de una Turbina Michell Banki. Cusco, 2007.
BEER, FERDINAND P. y RUSSELL, JOHNSTON. Mecánica de Materiales, 3° Edición: Editorial McGraw-Hill, 1998.
SHIGLEY, E. Diseño en Ingeniería Mecánica. 4ta. ed. Bogotá: McGraw-Hill, 1990. 138
HIDROELÉCTRICAS MANUAL DE PEQUEÑAS CENTRALES Rojas W. [Report]: Tesis Pregrado / Universidad Nacional de Colombia. -Bogotá: [s.n.], 1994.
INSTITUTO PARA LA DIVERSIFICACIÓN Y AHORRO DE LA ENERGIA DE ESPAÑA Manuales de Energías Renovables Vol. 6 Minicentrales hidroeléctricas [Report]. - España: Ministerio de Industria, turismo y comercio, 2006.
MARCHEGIANI, ARIEL R. Turbina de Flujo Trasversal o Michell Banki, Laboratorio de Máquinas Hidráulicas, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Comahue.
i.e. Simulación numérica dl flujo en una turbina tipo Banki, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Comahue.
OCHOA RUBIO Tomás Centrales hidroeléctricas [Book]. - Bogotá: Ediciones Grancolombia, 2002.
ORTÍZ FLÓREZ Ramiro Pequeñas centrales hidroeléctricas [Book]. - Bogotá: McGraw-Hill, 2001.
SARIEV IMANGAZI AND NEVENCHANNY YURI Micro-hydro power station in the mountain village of jorf [Report]: A Pre-Feasibility Study Report1 / Tajikistan; Promotion of renewable energy, energy efficiency y greenhouse gas abatement (prega). - 2006.
B. P. AKERKAR, A. A. FIUZAT "Better Efficiency for Cross-Flow Turbines?” Hidro Review, p 76-82; Diciembre 1989.
ARIEL R. MARCHEGIANI.; II Curso Internacional de Especialización en Micro Y Minicentrales Hidroeléctricas, Unidad 6, Ing.
TIERRA, A. Diseño, Construcción, Montaje y Pruebas de una Turbina Michell Banki para Laboratorio. Riobamba – Ecuador: 1985. (Tesis)
C. Aguerre, R. Aguerre; Universidad Nacional de La Plata; La Plata, 1987. ANAGUANO, L. Diseño y Construcción de la Central Hidroeléctrica Cubillín.
Riobamba – Ecuador, 1997. (Tesis) DURALI, M. Design of Small Turbines for Farms, and Small Communities.
Massachusetts: VITA, 1976. JURADO, J. & B. LIEBMANN.: Relaciones entre caudales mensuales en ríos de
Colombia y las temperaturas superficiales del mar en la zona tropical Meteorol.
Colomb. Bogotá, D.C. – Colombia. 2003
93
17. WEBGRAFIA
ITP SUSTAINABLE ENERGY CONSULTINGhttp://www.itpau.com.au/
[Ossberger GmbH & Co, 2007].www.ossberger.de/
http://www.mdf.fisica.cnba.uba.ar/limbo/index.php?option=content&task=view&i
d=64
94
18. ANEXO 1: FICHAS TECNICAS
FICHA TECNICA LAMINAS C. 16
95
FICHA TECNICA EJES CALIBRADOS
96
FICHA TECNICA BOMBA HHE 1.5 50-3
97
19. ANEXO 2. MANUAL Y PRACTICA DE LABORATORIO
PRACTICA DE LABORATORIO
EVALUACION DE FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO DE TURBINA MICHEL BANKI EN EL BANCO
DE PRUEBAS DE LA UNIVERSIDAD DISTRITAL
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCIASCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD TECNOLOGICA
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERIA MECANICA
BOGOTA C.C
2015
98
PRACTICA No. 1
TURBINA MICHEL BANKI
Medición de potencia en el eje para una turbina Michel Banki
OBJETIVO GENERAL
Observar la potencia en el eje del prototipo de la turbina Michel Banki en el banco de
pruebas para turbinas.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Evaluar el funcionamiento de la turbina Michel Banki bajo diferentes
condiciones de trabajo
Realizar las gráficas de funcionamiento para la turbina Michel Banki y analizar
los resultados.
Determinar la eficiencia de la turbina
MATERIALES UTILIZADOS
Banco de pruebas para bombas funcionando como turbinas
Dinamómetro análogo (2)
Dispositivo de freno
Soporte dinamómetros
Tacómetro
Recipiente para drenaje (Capacidad 70 litros)
MARCO TEORICO
La potencia neta del eje de la turbina es aquella que se mide en el eje como potencia
mecánica, en nuestro caso con la ayuda del freno prony y el tacómetro, es la potencia
entregada por el chorro de agua al pasar por los alabes y transmitir la energía del fluido
al eje, proporcionando a este energía mecánica que permite su rotación.
FRENO PRONY
Este dispositivo es utilizado para medir el torque generado por un eje en un motor o en
este caso turbina, es freno utilizado en el laboratorio está compuesto por dos
dinamómetros análogos, un soporte y una banda en cuero que cumple la función de
detener el giro del eje, al ponerse en funcionamiento la turbina en eje gira y la banda
en cuero frena el eje, mostrando en los lectores análogos del dinamómetro una lectura
que corresponde a la fuerza ejercida por el eje del motor, para conocer el valor del
torque se necesita la distancia del brazo hasta el centro del eje y se multiplica por la
99
lectura del dinamómetro en Kilogramos , para saber la potencia se toma el dato de la
velocidad angular y se multiplica por el torque.
𝑃𝑇 = 2𝜋rW N
PROCEDIMIENTO
Instalar la turbina en el banco de pruebas y sujetarla sobre las guías ajustándola
a la medida necesaria.
Asegurar el soporte de los dinamómetros a las mismas guías donde se instaló
la turbina.
Posicionar los dinamómetros sobre los ganchos del soporte, ajustar la correa a
la polea que tiene el eje de la turbina.
Realizar la conexión del suministro de agua de la bomba a la entrada del inyector
de la turbina.
Las mangueras de drenaje posicionarlas para que el agua caiga en el depósito
de 70 litros.
100
Abrir la válvula de alimentación de la bomba del banco de pruebas.
Con la válvula de salida de la bomba del banco cerrada, darle dos vueltas para
abrirla.
Ajustar el cero del dinamómetro.
Encender el banco y tomar los datos de presión a la entrada de la turbina, rpm,
caudal entregado por la bomba y fuerza en Kg registrada en el dinamómetro.
Ir apretando la turca del dinamómetro hasta que el eje no gire y tomar el dato.
Repetir el procedimiento a diferentes aperturas de la válvula de salida de la
bomba para variar el caudal.
Tabular los datos y graficar.
101
CUESTIONARIO
Tabular datos para diferentes caudales.
Calcular la potencia hidráulica y la potencia del eje.
𝑃𝐻 = 𝛾. 𝑄. 𝐻𝑁 ⇒ (𝑔. 𝜌). 𝑄. 𝐻𝑁
𝑃𝐸 = 𝑃𝐻 ∗ 𝜂𝑚á𝑥
Calcular el torque.
𝑇 = 𝑓 ∗ 𝑑
Determine la altura neta.
Hallar la eficiencia de la turbina.
Determinar las velocidades específicas de la turbina.
𝑁𝑞 = 𝑁 ∗ √𝑄
𝐻3 4⁄
𝑁𝑠 = 𝑁 ∗ √𝑃
𝐻5 4⁄
Índice de planos
CONTENIDO Núm. De plano
PLANOS TURBINA
GRUPO A CARCASA INFERIOR
Carcasa inferior armada
1
Pestaña lateral inferior 2
Pestaña frontal inferior 3
Carcasa laterales 4
Carcasa trasera inferior 5
Tapa frontal inferior 6
Escuadra chumacera 7
Base chumacera 8
GRUPO B RODETE
Rodete armado
9
Eje “a”bridado 10
Eje “b” bridado 11
Eje “a” de rodete 12
Eje “b” de rodete 13
Brida 14
Tapadera 15
Álabe 16
GRUPO C INYECTOR
Inyector armado 17
Tapa inferior de inyector 18
Laterales de inyector 19
Superior de inyector 20
Base de pernos 21
Pestaña lateral inyector 22
Pestaña superior-inferior inyector 23
GRUPO D PESTAÑAS MEDIAS
Pestaña media frontal inferior 24
Pestaña medias traseras 25
Pestaña media frontal superior 26
GRUPO E CARCASA SUPERIOR
Carcasa superior armada 27
Carcasa frontal superior 28
Carcasa laterales superior 29
Carcasa trasera superior 30
Tapadera superior 31
Carcasa de puntería 32
Sujetador 33
Visor 34
GRUPO F ÁLABE DIRECTRIZ
Álabe directriz armado 35
Álabe directriz 36
Álabe directriz detalle de radios 37
Eje de álabe 38
GRUPO G TURBINA
Turbina armada 1 39
Turbina armada 2 40
Turbina armada 3 41
Interior de turbina 42
GRUPO H
TURBINA
Transición 43
GRUPO I
TURBINA
Drenaje 44
GRUPO J
TURBINA
Ensamble general 45
363,10
162
,18
85,98
115
PROYECCION
ESCALA: 1:4CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO A
PLANO 1
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
CARCASA INFERIOR ARMADA
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
31,55 75 75
75 75
31,55
9,5
3 45°
5 x 6.76 29
363,10
325
3,1
8
PROYECCION
ESCALA: 1:3CANTIDAD: 2
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO A
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
PESTAÑA LATERAL INFERIOR
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
Platina 1/8 x 3/4
NORMALIZADO
MATERIAL:A-36
PLANO 2
27,04
35 35
9,5
3
45°
27,04
3 x 6.76 29
124,08
85,98 3
,18
PROYECCION
ESCALA: 1:2CANTIDAD: 2
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO A
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
Platina 1/8 x 3/4
Ing. Camilo
PESTAÑA FRONTAL INFERIOR
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
A-36
SB/EA
NORMALIZADO
PLANO 3
175 75 75
R10
124°
2,9
0
325
1,59
115
PROYECCION
ESCALA: 1:3CANTIDAD: 2
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO A
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL: ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
CARCASA LATERALES
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
A-36
C16 (1 X 2) mts
NOMBRE
DIMENSIONES EN BRUTO
H-R
PLANO 4
41,40
115
82,80
6.76 29
14,176
0,8
10
82,800 14,18
1,5
9
34,31 34,31
PROYECCION
ESCALA: 1:2CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO A
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL: ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
CARCASA TRASERA INFERIOR
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
A-36
C16 (1X2) mts
DIMENSIONES EN BRUTO
H-R
PLANO 5
137
,88
82,80 1
,59
PROYECCION
ESCALA: 1:2CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO A
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
TAPA FRONTAL INFERIOR
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
A-36
C 16 (1X2)mts
H-R
PLANO 6
50,
80
38,10
63,50
36,87°
4,7
6
PROYECCION
ESCALA: 1:1CANTIDAD: 4
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO A
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
ESCUADRA CHUMACERA
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
Platina 3/16 x 2
A- 36
NORMALIZADO
PLANO 7
66 12,40
12,
80
12,40
38,
10
2 x 6.76 29
4,7
6 90,80
PROYECCION
ESCALA: 1:1CANTIDAD: 2
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO A
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
BASE CHUMACERA
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
Platina 3/16 x 2
A-36NORMALIZADO
PLANO 8
60
125
172,98
EJE B EJE A
PROYECCION
ESCALA: 1:5CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO B
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
RODETE ARMADO
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
PLANO 9
60
1,59
68,29
3.18
3.18
PROYECCION
ESCALA: 1:1CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO B
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
EJE A BRIDADO
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
PLANO 10
60
1,59
1,59
93,69
3.18
3.18
PROYECCION
ESCALA: 1:1CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO B
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
EJE B BRIDADO
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
PLANO 11
12,7
19,05
38,24 28,05
R1
1 X 45° 1 X 45° 68,29
PROYECCION
ESCALA: 1:5CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO B
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
EJE A RODETE
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
3/4
A-36
NORMALIZADO
PLANO 12
19,05
12,7
14
37,99 36,15 R0,5
1 X 45° 1 X 45°
93,69
PROYECCION
ESCALA: 1:1CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO B
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
EJE B RODETE
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA. 3/4
A-36NORMALIZADO
PLANO 13
19,05
1,59
60
PROYECCION
ESCALA: 1:1CANTIDAD: 2
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO B
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
BRIDA
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
C16 (1 X 2) mts
A-36 H-R
PLANO 14
1,5
9 1
25
19
,05
PROYECCION
ESCALA: 1:1CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO B
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
TAPADERA
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
C16 (1 X 2) mts
A-36 H-R
PLANO 15
R14,466 0,560
14,176
21,
250
PROYECCION
ESCALA: 1:5CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO B
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
ALABE
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
CALIBRE 25
C-RA-366
PLANO 16
98,20
114
24,
15
15
119
,10
114
52,28
11
25,4 199,14
230,89
3.18
PROYECCION
ESCALA: 1:3CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO C
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
INYECTOR ARMADO
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
PLANO 17
R62,50 129,95
R7,41 13,
78
107,95° 1
,59
162,67
48,
63
162,67
11
PROYECCION
ESCALA: 1:2CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO C
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
TAPA INFERIOR INYECTOR
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
C16 (1 X 2) mts
A-36H-R
PLANO 18
192,45
129,95
R9
R47
6.76 29 R62,50
13,
78
1,59
74,
31
140
24,
31
0
129
,95
192
,45
0 9
27,31
PROYECCION
ESCALA: 1:5CANTIDAD: 2
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO C
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
LATERALES INYECTOR
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
C16 (1 X 2) mts
A-36H-R
PLANO 19
R47
192,45 1
,59
14,
18
230,89
C16 (1 X 2) mts
A-36H -R
PROYECCION
ESCALA: 1:5CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO C
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
SUPERIOR INYECTOR
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
PLANO 20
24,
15
11 15
7,5
0
5,50
PROYECCION
ESCALA: 2:1CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO C
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
BASE DE PERNOS
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
C16 (1 X 2) mts
A-36H - R
PLANO 21
9,5
3
27 30 30 27
75,90
114
3,1
8
PROYECCION
ESCALA: 1:1CANTIDAD: 4
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO C
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
PESTAÑA LATERAL INYECTOR
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
Platina 1/8 x 3/4
A-36NORMALIZADO
PLANO 22
9,5
3
26,14
14,18
52,28
3,1
8
PROYECCION
ESCALA: 1:1CANTIDAD: 4
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO C
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
PESTAÑA SUPERIOR INFERIOR INYECTOR
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
Platina 1/8 x 3/4
A-36NORMALIZADO
PLANO 23
5 x 6.756 29 7,1
32,
05
16,
26
7,1 85,98
35
57
13,
38 9
,54 101,85 A
A
114,55
3,1
8
19,
850
22
55,80°
SECCIÓN A-A ESCALA 1 : 1
PROYECCION
ESCALA: 1:1CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO D
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
PESTAÑA MEDIA FRONTAL INFERIOR
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
Platina 1/8 x 1
A-36NORMALIZADO
PLANO 24
30 6,35 30 30 30
6,3
5 6,35
6,3
5
6 x 6.76 29
147,7
3,1
8 135
28,
23
PROYECCION
ESCALA: 1:5CANTIDAD: 4
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO D
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
PESTAÑAS MEDIAS TRASERAS
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
PLATINA 1/8 X 3/4
A-36NORMALIZADO
PLANO 25
6,35
15,
95
9
6,35 50,925 50,925 5 x 6.76 29
85,98
35
32,
05
114,55
57
3,18
PROYECCION
ESCALA: 1:1CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO D
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
PESTAÑA MEDIA FRONTAL SUPERIOR
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA. PLATINA 1/8 X 1
A-36NORMALIZADO
PLANO 26
100
175 250
85,98
114,55
PROYECCION
ESCALA: 1:2: 4CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO E
PLANO 27
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
CARCASA SUPERIOR ARMADA
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
2 x 6.76 29
82,80
28,41
8
25,98
50
1,59
PROYECCION
ESCALA: 1:1CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO E
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
CARCASA FRONTAL SUPERIOR
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
C16 (1 X 2) mts
A-36NORMALIZADO
PLANO 28
3 x 6.76 29
175 5
0
250
175
123
,69°
R10
31,75 121,9 21,35
49,
95
113,01
14,
31
1,59
100
PROYECCION
ESCALA: 1:2:3CANTIDAD: 2
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO E
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
CARCASA LATERAL SUPERIOR
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
C16 (1 X 2) mts
A-36NORMALIZADO
PLANO 29
41,40
34,31
14,18
34,31
32,
10
62,
10
7 x 6.76 29
92,
10
100
1,59
PROYECCION
ESCALA: 1:2CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO E
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
CARCASA TRASERA SUPERIOR
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
C16 (1 X 2) mts
A-36NORMALIZADO
PLANO 30
15
25
109
,2
175
85,98
89,16
28,
6
PROYECCION
ESCALA: 1:2CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO E
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
TAPADERA SUPERIOR
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
PLANO 31
30
7,41
30
27,04
42,
99
3 x 6.76 29
175
85,
98
1,59
PROYECCION
ESCALA: 1:2:4CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO E
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
CARCASA DE PUNTERIA
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
C16 (1 X 2) mts
A-36NORMALIZADO
PLANO 32
12,7
6,3
5
28,6
6.76 29
12,
7
1,59
PROYECCION
ESCALA: 1:5CANTIDAD: 4
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO E
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
SUJETADOR DE TAPADERA
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
Platina 3/16 x 2
A-36NORMALIZADO
PLANO 33
15,
85
90,14
2,3
3
16,59
123
,7°
1,5
9
68,
19
85,98
30 30
7
7,59
30
30
2 x 6.76 29
PROYECCION
ESCALA: 1:2CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO E
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
VISOR
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
C16 (1 X 2) mts
A-36NORMALIZADO
PLANO 34
42,
2
78,55 59,55
149,1
11
PROYECCION
ESCALA: 1:5CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO F
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
ALABE DIRECTRIZ ARMADO
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
PLANO 35
25,07 R2,5
2,5
5,6
7
R31,20
R12,19
R20
6.35 108,35 X 90° 11
R32,8
R44,4
PROYECCION
ESCALA: 1:5CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO F
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
ALABE DIRECTRIZ
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
PLANO 36
17
36,67
0
13,7 19,2
27,4
0
0,5
1
1,6
13,
1
34,
2
R32,8
R20
R31,2
R2,50
0
9,2
36,
7
0
13
14,5
PROYECCION
ESCALA: 1:5CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO F
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
ALABE DIRECTRIZ DETALLE DE RADIOS PLANO 37
6,35 149,1
1 X 45°1 X 45°
PROYECCION
ESCALA: 1:1CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO F
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
EJE DE ALABE DIRECTRIZ
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
1/4
A-36H- R
PLANO 38
PROYECCION
ESCALA: 1:4CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO G
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
TURBINA ARMADA 1
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
PLANO 39
216
,59
363,1
129,6 81,1
86
124,1
PROYECCION
ESCALA: 1:4CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO G
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
TURBINA ARMADA 2
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
PLANO 40
250 175
90,
24
38,1
PROYECCION
ESCALA: 1:5CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO G
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
TURBINA ARMADA 3
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
PLANO 41
363,1
284,7
134,9
26,99
215
PROYECCION
ESCALA: 1:5CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO G
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
INTERIOR DE LA TURBINA
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
PLANO 42
14,18
25
,40
75,
90
10
100
14,180
25,40
PROYECCION
ESCALA: 1:1CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO I
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
TRANSICION
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
C16 (1 X 2) mts
A-36 H-R
PLANO 43
25
,70
326,38 2 x 25,400
325
85,
98
PROYECCION
ESCALA: 1:1CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO H
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
Transicion
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
C16 (1 X 2) mts
A-36 H-R
PLANO 44
2
3
4
55
1
Numero del
elementoNombre de
la pieza Material Cantidad
1 Carcasa superior CR 1
2 Inyector CR 13 Rodete CR 14 Carcasa
inferior CR 15 Chumacera Normalizado 2
PROYECCION
ESCALA: 2:1CANTIDAD: 1
PESO:
REFERENCIA PIEZA:GRUPO J
CLIENTE: U. DISTRITAL
PRODUCTO:TURBINA DE FLUJO CRUZADO
DIMENSIONES EN mm
NOMBRE DE LA PIEZA:FECHA
NOMBRE
DIBUJO: REVISO APROBO
MATERIAL:
DIMENSIONES EN BRUTO
ACABADO SUPERFICIALTRATAMIENTO TERMICO
MODIFICACIONES
NUMERO DIMENSION ANTERIOR
DIMENSION ACTUAL FECHA MODIFICO APROBO
I - 2015
SB/EA Ing. Camilo
ENSAMBLE GENERAL
EVALUACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LATURBINA DE FLUJO CRUZADO, CONFORME A LAS CONDICIONES HIDROGRÁFICAS DE LA REGIÓN ANDINA COLOMBIANA.
PLANO 45