Bomba Turbina (1)

LABORATORIO LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III

UNI-FIM

UNIVERSIDAD NACIONAL INGENIERÍA

DE

Facultad de Ingeniería Mecánica

BOMBA-TURBINA PROFESOR

:

Eliseo Paez

CURSO

:

Lab. de Ing. Mecánica III

CÓDIGO

:

MN - 464

:

Córdova Bedoya, Daniel Sánchez Muñoz, Javier Vásquez Falcón, Manuel

ALUMNOS ALUMNOS

200!"

LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III

1

UNI-FIM

OBJETIVO

#l o$%e&ivo 'unda(en&al es co()arar las e'iciencias del *ru)o 'uncionando co(o $o($a y lue*o co(o &ur$ina a una (is(a velocidad de ro&ación y di'eren&es án*ulos de los ala$es direc&rices+

2

FUNDAMENTO TEORICO

DIFERENCIAS ENTRE UNA BOMBA Y UNA TURBINA a &eor-a hidrodiná(ica $ásica de a)licación es la (is(a )ara a($as (áquinas. sin e($ar*o, el co()or&a(ien&o del 'lu%o de 'luido real incluyendo la 'ricción y la &ur$ulencia resul&an di'eren&es en al*unos as)ec&os )ara el diseño de la $o($a y la &ur$ina+

/l*unas di'erencias )ar&iculares son

TURBINA

BOMBA

1!1a en&rada de ener*-a es de &i)o hidráulica y )or (edio de un 'luido a*ua3 $a%o )resión+ 1!1a salida de la ener*-a es de &i)o (ecánica y a &rav4s del &orque en el e%e de la (áquina+

1!1a en&rada de la ener*-a es de &i)o (ecánica y a &rav4s del &orque en el e%e de la (áquina+ 1!1a salida de la ener*-a es de &i)o hidráulica y )or (edio de un 'luido $a%o )resión+

Al!ur de "re#$%n &$dr'ul$(

1!1a al&ura ne&a de la 5ur$ina decrece 'ricción 'luida3 con el incre(en&o del caudal+

1!1a al&ura ne&a de la 5ur$ina decrece 'ricción 'luida3 con el incre(en&o del caudal+

Sen!$do de Ro!($%n

#l ro&or de la &ur$ina *ira en dirección o)ues&a al sen&ido de ro&ación del i()ulsor de la $o($a+

D$re(($%n del Tor)ue

#n a($os (odos &ienen la (is(a dirección

Flujo de Energí


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Tur*$n# &$dr'ul$(# De+$n$($%n, a &ur$ina hidráulica es una &ur$o(áquina (o&ora, y )or &an&o esencial(en&e es una $o($a ro&odiná(ica que &ra$a%a a la inversa+ /s- co(o una $o($a a$sor$e ener*-a (ecánica y res&i&uye ener*-a al 'luido. una &ur$ina a$sor$e ener*-a del 'luido y res&i&uye ener*-a (ecánica+ 5eórica(en&e, su(inis&rando ener*-a hidráulica a la (áquina, e invir&iendo el 'lu%o, una $o($a )odr-a &ra$a%ar co(o &ur$ina+ 6rác&ica(en&e, el rendi(ien&o ser-a (uy $a%o, y a veces nulo+

Eleen!o# (on#!$!u!$.o# os ele(en&os cons&i&u&ivos de una &ur$ina son análo*os a los de una $o($a. )ero colocados en orden inverso+ Fi* 7+ os n8(ero en&re )ar4n&esis se re'ieren a es&a 'i*ura+

Canal de lle*ada lá(ina li$re3 o &u$er-a 'orzada 'lu%o a )resión3 9:;3+ Corres)onde a la &u$er-a de i()ulsión de una $o($a+ Ca%a es)iral 9:23 &rans'or(a )resión en velocidad+ #n una $o($a velocidad en )resión+ Dis&ri$uidor+ Corres)onde a la corona direc&riz en una $o($a, )ero en una &ur$ina &rans'or(a )resión en velocidad y ac&8a co(o &o$era+ #n una $o($a, ac&8a co(o di'usor+ 3 Corres)onde a la &u$er-a de as)iración de una $o($a+ #n una &ur$ina es el ór*ano de desa*?e, )ero se lla(a &u$o de as)iración )orque crea una as)iración o de)resión a


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la salida del rode&e. (ien&ras que en las $o($as cons&i&uye la &u$er-a de ad(isión y crea &a($i4n una de)resión a la en&rada del rode&e+

FORMU/AS A EM"/EAR0 A/TURA UTI/ DE UNA TURBOMAUINA

H(m) =

(P2 - P1)

(C2 - C1)

+

2g

γ

+

Z2 - Z1

CAUDA/ EN /A "/ACA ORIFICIO 

=

2.1728 x 10

-!

∆H

x

A ((*

"OTENCIA &IDRAU/ICA "3 4 P H

=

γ QH

"OTENCIA E/ECTRICA "e4 P E

=

VxI

CA/CU/O DE /A EFICIENCIA DE/ 5RU"O 64

Co(o 5ur$ina

η T

=

Co(o Bo($a

η T

=

P H P E

P E P H

(>@s3


7

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ESUEMA DE/ EUI"AMIENTO Y SUS ES"ECIFICACIONES DE /A INSTA/ACION

/ con&inuación se (ues&ra una 'o&o &o(ada del e=)eri(en&o Bo($a!5ur$ina, en el cual se )uede a)reciar la ins&alación+#n es&a 'o&o se )ode(os o$servar una vis&a co()le&a de la (aquina u&ilizada+

#n es&a 'o&o )ode(os visualizar al *enerador, el cual a)rovechara la ener*-a cuando la (aquina &ra$a%e co(o &ur$ina+

#n es&a 'o&o se ha &o(ado al &a$lero de con&rol, en el cual se encuen&ran los (andos )ara la corrien&e y vol&a%e, &endre(os q asu(ir q no hay )erdidas )ara hacer los cálculos requeridos+


8

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"ROCEDIMIENTO DE/ E9"ERIMENTO

O"ERACI:N COMO TURBINA #nsayo con *enerador, sin re*ulador

An!e# del Arrn)ue de*eo# de .er$+$(r lo #$gu$en!e, ;+ #l re*ulador es&e desen*anchado es decir el e%e, y los ala$es direc&rices3+ os ala$es direc&rices es&4n colocados y ase*urados en la )osición inicial esco*ida+ 2+ a válvula $y )ass y la válvula de la $o($a es&4n cerradas+ >+ So$re el )anel el4c&rico Si&ch ME5E< #9#
Arrn)ue de l Tur*$n0 ;+ 2+ >+ K+ L+

Conec&ar el si&ch d la ali(en&ación el4c&rica+ 6oner el $o&ón SI66 en E9 /rrancar la $o($a de servicio#l arrancador es&a 'uera del )anel3 De%ar que la &ur$ina *ire unos cuan&os (inu&os )ara que se es&a$ilice+ /rrancar las )rue$as a ensayar+

"ro(ed$$en!o0 6ara cada )osición de los ala$es direc&rices y a la (is(a velocidad de ro&ación ;+ Ca($iar la car*a de (anera que la &ur$ina Francis *ire ala velocidad de ensayo+ 2+ Medir la )resión en los (anó(e&ros+ >+ Medir la ca-da de )resión en el (edidor de 'lu%o+ K+ 5a$ular los da&os+ L+ Ca($iar la )osición de los ala$es direc&rices y re)e&ir los )asos an&eriores+

O"ERACI:N COMO BOMBA An!e# del Arrn)ue de*eo# de .er$+$(r lo #$gu$en!e, ;+ os ala$es direc&rices es&4n colocados en la )osición deseada y cuidadosa(en&e ase*urados )or la &uerca a$razadera+ 2+ /se*urarse que la válvula de la $o($a de servicio y la válvula $y )ass es&4n cerradas+ >+ So$re el )anel el4c&rico Si&ch ME5E< #9#
Arrn)ue de l Bo*0 ;+

Colocar el rec&i'icador y el )anel $a%o &ensión, )or (edio del si&ch de la ali(en&ación de ener*-a e=&erna+ 2+ 6oner el $o&ón su)lly en E9+ >+ /$rir la válvula $y )ass )ara cada (edida+ K+ "niciar las )rue$as de ensayo+


UNI-FIM

"ro(ed$$en!o0 6ara cada )osición de los ala$es direc&rices y a la (is(a velocidad de ro&ación ;+ Ca($iar la )osición de la válvula re*uladora de caudal+ 2+ Medir la )resión en los (anó(e&ros+ >+ Medir la ca-da de )resión en el (edidor de 'lu%o+ K+ 5a$ular los da&os+ L+ Ca($iar la )osición de los ala$es direc&rices y re)e&ir los )asos an&eriores+

;

DATOS OBTENIDOS

/<ln(=>08 ?2-?1=>01;2 N=1;>> BOMBA Punto

P2 (psi

! 2 3 ) * +

 * ) 3 2,*

#$ (%%&g 0 ) 0 ! 0 33 .! )0 .2 )* .2 *0 T*l1

P! ("pa

BOMBA Punto

P2 (psi

! 2 3 ) * +

 * ) 3 2,*

α=30º I (A

!*+ !++ !+!++ !++ !+-

+,) -,) -,3 -,3 -,3 -,2

' ('

I (A

!*+ !++ !+!++ !++ !+-

+,) -,) -,3 -,3 -,3 -,2

α=20º

#$ (%%&g 0 ) 0 ! 0 33 .! )0 .2 )* .2 *0 T*l2

P! ("pa

' ('


/1BIA

α=30º

#$ (%%&g 2* 2+ 33 )* *0 *3 **+ T*l7

Punto

P2 (psi

P! ("pa

' ('

I (A

0 ! 2 3 ) * + -

,* ,* !0 !3 !),2 !* !+ !+

! ! 3 ) ) ) ) *

!+0 !)! !3!*!*2 !*! !)!3+

0 ! 2 3,* ),* +,* +,3 +,+

;

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/1BIA

α=20º

#$ (%%&g 20 2 3! )0 )! )3 )*! T*l8

Punto

P2 (psi

P! ("pa

' ('

I (A

0 ! 2 3 ) * + -

 !! !!,* !3 !) !* !+ !-,*

) 2 2 0 0 0 0 0

!)! !*!)3 !*0 !)2 !)2 !3 !)+

0 ! 2,! 3,) ),3 *,2 *,! -,!

C@/CU/OS Y RESU/TADOS

Punto ! 2 3 ) *

4 (%35s 0,00)3 0,002 0,0!2* 0,0!30,0!)+

BOMBA & BOMBA *,-*,03,++ 3,0+ 2,)+

α=30º P$("6 Pelect("6 0,2)+ 0, 0,)* !,22 0,)) !,2! 0,)!3 !,2!2 0,3*2 !,2!2

e7ciencia 2),+ 3-,3 3+, 3),! 2,!


+

Punto ! 2 3 ) * +

Punto ! 2 3 ) * + -

Punto ! 2 3 ) * + -

0,3! T*l;

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0,0!*)

2,!!

!,202

2+,*

4 (%35s 0,00)3 0,002 0,0!2* 0,0!30,0!)+ 0,0!*)

BOMBA & BOMBA *,-*,03,++ 3,0+ 2,)+ 2,!!

α=20º P$("6 Pelect("6 0,2)+ 0, 0,)* !,22 0,)) !,2! 0,)!3 !,2!2 0,3*2 !,2!2 0,3! !,202 T*l

e7ciencia 2),+ 3-,3 3+, 3),! 2,! 2+,*

4 (%35s 0,0!0 0,0!!! 0,0!2* 0,0!)+ 0,0!*) 0,0!* 0,0!+)

/1BIA & BOMBA +,02 +,02 +,,,-2 !0,2 !0,

α=30º P$("6 Pelect("6 0,+)2 0,000 0,+*) 0,!)! 0,)! 0,2-) !,2+ 0,**0 !,)+* 0,+) !,** 0,2 !,-+0,2+ T*l

e7ciencia 0,0 2!,+ 32,+ )3,3 )+,+!,* *2,)

4 (%35s 0,000,0!!0,0!2! 0,0!30,0!3 0,0!)2 0,0!)

/1BIA & BOMBA *,3+ -,+,03 ,2 , !0,+ !!,3

α=20º P$("6 Pelect("6 0,*!! 0,000 0,! 0,!*0,*2 0,300 !,2*! 0,*!0 !,3+3 0,+!! !,)) 0,-3 !,++) 0,-0) T*l

e7ciencia 0,0 !-, 3!,* )0, )), ),) )2,3




5RAFICOS DE/ E9"ERIMENTO

FUNCIONANDO COMO TURBINA

5r+$(10 Al!ur de l !ur*$n en +un($%n del (udl0

UNI-FIM


5r+$(20 "o!en($ 3$dr'ul$( en +un($%n del (udl0

5r+$(70 "o!en($ el(!r$( en +un($%n del (udl0

UNI-FIM


5r+$(80 E+$($en($ !o!l .er#u# el (udl0 FUNCIONANDO COMO BOMBA0

5r+$(;0 Al!ur de l *o* en +un($%n del (udl0

UNI-FIM


5r+$(0 "o!en($ 3$dr'ul$( en +un($%n del (udl0

5r+$(0 "o!en($ el(!r$( .er#u# el (udl0

UNI-FIM


UNI-FIM

5r+$(0 E+$($en($ !o!l en +un($%n del (udl0



OBSERVACIONES 

De las *ra'icas de "o!en($ .# Cudl, )ode(os o$servar que cuando &ra$a%a co(o $o($a al au(en&ar el caudal, las 6o&encia se i*ualan indi'eren&e(en&e del án*ulo del ala$e, (ien&ras cuando lo hace co(o &ur$ina la &endencia de las curvas de la 6o&encia &ienden a se)ararse+



De las *ra'icas de E+$($en($ .#0 Cudl no&a(os que )ara el án*ulo del ala$e de 20 y un (is(o caudal la e'iciencia es (ayor cuando &ra$a%a co(o $o($a que cuando lo hace co(o &ur$ina+



Co(o &ur$ina el rendi(ien&o se incre(en&a a )ar&ir de cero y de un caudal (-ni(o caudal de vac-o3, has&a un )ico que es el )un&o no(inal de 'unciona(ien&o, y decrece len&a(en&e a (edida que se incre(en&a el caudal+



Co(o &ur$ina la e'iciencia es (ayor )ara án*ulos de ala$e de 20 que cuando el án*ulo del ala$e es >0+




UNI-FIM

De las *rá'icas, se )uede visualizar que el )un&o de (e%or e'iciencia en el (odo $o($a no se corres)onde )ara la (is(a co($inación de valores de al&ura y caudal )ara el )un&o de (e%or e'iciencia en el (odo &ur$ina+



CONC/USIONES



6ara que la &ur$ina co(ience a *enerar, el 'lu%o de$e e=ceder un valor (-ni(o caudal de vac-o3+ a )o&encia no(inal en&re*ada co(o &ur$ina au(en&a )ro*resiva(en&e aun )or enci(a de la al&ura no(inal+ #l )un&o de ó)&i(o 'unciona(ien&o es (ás al&o co(o &ur$ina que co(o (odo $o($a lo que re)resen&a un &orque (ayor en e l e%e+



a $o($a &ur$ina necesi&a de un al&ura ne&a (ayor cuando &ra$a%a co(o $o($a a 'in de que la &ur$ina )ueda o)erar en el 6un&o de Mayor e'iciencia+



a $o($a &ur$ina es de (enor cos&o que una &ur$ina convencional, lo que nos )odr-a dar una (ayor u&ilidad en el as)ec&o indus&rial+



Co(o $o($a la e'iciencia se incre(en&a, con el au(en&o del 'lu%o, a )ar&ir de cero y caudal nulo has&a lle*ar a un )un&o (á=i(o o )ico )un&o no(inal de 'unciona(ien&o de la (áquina3+ / )ar&ir de ese )un&o decrece a (edida que se si*ue au(en&ando el 'lu%o+



BIB/IO5RAFIA

-Manual del Laboratorio de Ingeniería Mecánica III -Mecánica de Fluidos

/u&ores Merle C+ 6o&&er y David C+ Hi**er& -El Laboratorio Del Ingeniero Mecánico

/u&or Jesse Sey(our Dooli&&le #d+ is)ano /(ericana S+/+ @ Buenos /ires, ;N7; -Bombas. Su Selección Y Alicación

/u&or 5yler + icOs #d+ Iniversal +++ ;NP03 -!urbomá"uinas I

/u&or M+ Salvador + #d+ Ciencias+


UNI-FIM

A"ENDICE Cen!rle# de Bo*eo a Fi*ura re)resen&a un esque(a de es&as cen&rales de $o($eo, que se (ul&i)lican hoy en #uro)a y en el (undo en&ero+ #l e($alse su)erior )uede ser n a&ural o ar&i'icial+ a (áquina el4c&rica suele ser 8nica (áquina s-ncrona, que 'unciona co(o al&ernador cuando se es&á &ur$inando y co(o (o&or s-ncrono cuando se es&á $o($eando al es&anque su)erior+ a &u$er-a 'orzada es &a($i4n 8nica con 'lu%o en a($os sen&idos+ Fi*+ P Cen&ral de Bo($eo

#l )rinci)io $ásico de una cen&ral de $o($eo es el si*uien&e #n los )er-odos de )oca de(anda de ener*-a se u&iliza ener*-a so$ran&e de la red, )rovenien&e de o&ras cen&rales conec&adas el4c&rica(en&e con la cen&ral de $o($eo, )ara $o($ear a*ua del nivel de a*uas a$a%o al e($alse su)erior+ /s- en las horas de consu(o reducido )uede ha$er un e=ceden&e de ener*-a )rovenien&e de los *ru)os de las cen&rales &4r(icas y nucleares conec&adas a la (is(a red, que )iden una *ran re*ularidad de (archa+ #s&e e=ceden&e de ener*-a )uede u&ilizarse )ara $o($eo+ #n las )un&as de ener*-a se &ur$ina el a*ua desde el e($alse su)erior con *ran al&ura de sal&o, 'uncionando en&onces la (áquina el4c&rica reversi$le co(o al&ernador+ as soluciones son (8l&i)les+ #n el esque(a de la 'i*ura hay dos (áquinas hidráulicas, una $o($a y una &ur$ina accionadas en sen&ido con&rario )or la (is(a (áquina el4c&rica+ Moderna(en&e se ha creado la (áquina hidráulica reversi$le, $o($a!&ur$ina, de $uen rendi(ien&o. aunque )ara (e%orar el rendi(ien&o co(o $o($a se sacri'ique al*o el rendi(ien&o de la &ur$ina+ E&ra solución (e%or )ero (ás cara, es aco)lar la $o($a &ur$ina a una (áquina el4c&rica que )ueda *irar a dos velocidades dis&in&as, con lo que se consi*ue un rendi(ien&o *rande en la (áquina hidráulica+

Bomba Turbina (1)

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