T-UTC-0943

i

UNIVERSIDAD TCNICA DE COTOPAXI

UNIDAD ACADMICA DE CIENCIAS DE LA INGENIERA Y

APLICADAS

CARRERA DE INGENIERA ELECTROMECNICA

TESIS DE GRADO

PORTADA

TTULO:

Tesis presentada previo a la obtencin del Ttulo de Ingenieros Electromecnicos

Autores:

Cadena Galarza Marco Geovanny

Tipn Sisalema Diego Eugenio

Director:

M.Sc. Ing. Barbosa Efrn

Asesor:

M.Sc. Bolvar Vaca

Latacunga-Ecuador

Diciembre 2012

DISEO E IMPLEMENTACIN DE UNA PICO CENTRAL DE

GENERACIN ELCTRICA EN EL SECTOR PANSACHI, EL

MORO, CUCHITINGUE, PARROQUIA ALQUEZ, PROVINCIA DE

COTOPAXI

ii

APROBACIN DEL TRIBUNAL DE GRADO

En calidad de Miembros del Tribunal de Grado aprueban el presente Informe de

tcnico de Investigacin de acuerdo a las disposiciones reglamentarias emitidas

por la Universidad Tcnica de Cotopaxi, y por la Unidad Acadmica de Ciencias

de la Ingeniera y Aplicadas; por cuanto, los postulantes: Cadena Galarza Marco

Geovanny y Tipn Sisalema Diego Eugenio con el ttulo de tesis: DISEO E

IMPLEMENTACIN DE UNA PICO CENTRAL DE GENERACIN

ELCTRICA EN EL SECTOR PANSACHI, EL MORO CUCHITINGUE,

PARROQUIA ALQUEZ, PROVINCIA DE COTOPAXI han considerado las

recomendaciones emitidas oportunamente y rene los mritos suficientes para ser

sometido al acto de Defensa de Tesis.

Por lo antes expuesto, se autoriza realizar los empastados correspondientes, segn

la normativa institucional.

Latacunga 04 de Diciembre del 2012

Para constancia firman:

. .

Ing. Edwin Moreano Ing. Medardo Ulloa

PRESIDENTE MIEMBRO

.

Ing. Mauro Albarracn

OPOSITOR

iii

AUTORIA

Los criterios emitidos en el presente trabajo de Tesis: DISEO E


ELCTRICA EN EL SECTOR PANSACHI, EL MORO, CUCHITINGUE,

PARROQUIA ALQUEZ, PROVINCIA DE COTOPAXI, son de exclusiva

responsabilidad de los autores.

....... ..... Marco Geovanny Cadena Galarza Diego Eugenio Tipn Sisalema

iv

AVAL DEL DIRECTOR DE TESIS

En calidad de Director de Tesis bajo el Ttulo:

DISEO E IMPLEMENTACIN DE UNA PICO CENTRAL DE

GENERACIN ELCTRICA EN EL SECTOR PANSACHI, EL MORO,

CUCHITINGUE, PARROQUIA ALQUEZ, PROVINCIA DE

COTOPAXI, de Cadena Galarza Marco Geovanny y Tipn Sisalema Diego

Eugenio , postulantes de Ingeniera Electromecnica, considero que el presente

proyecto cumple con los requerimientos metodolgicos y aportes cientfico-

tcnicos suficientes para ser sometidos a la evaluacin del Tribunal de Validacin

de Tesis que el Honorable Consejo Acadmico de la Unidad Acadmica de

Ciencias de la Ingeniera y Aplicadas de la Universidad Tcnica de Cotopaxi

designe, para su correspondiente estudio y calificacin.

Latacunga, Diciembre, 2012

El Director

....... Msc. Ing. Barbosa Efrn

v

AGRADECIMIENTO

Quienes con su afecto, esfuerzo y

sacrificio han sabido guiarnos, por el

sendero de la superacin. Con su

apoyo incondicional hemos logrado

alcanzar otra meta ms en el mbito

educativo.

Nuestra eterna gratitud para todas

aquellas personas que nos supieron

apoyar en su momento, de manera

especial al Ing. Efrn Barbosa, M.Sc.

Bolvar Vaca, M.Sc. Hugo Armas,

Ing. Paulina Freire, Ing. Edwin

Moreano, Ing. Diana Marn, Ing.

Segundo Cevallos, Dr. Galo Tern,

Ing. Ivn Escobar. Crnl. Patricio

Espn, Ing. Franklin Medina, por ser

quienes nos brindaron su apoyo

necesario para la finalizacin de este

tan anhelado proyecto, y su gua

necesaria para llegar a la

culminacin exitosa de nuestra tesis,

por su amistad y apoyo incondicional.

A nuestros amigos

Por ser un inicio de fortaleza,

comprensin y motivacin durante el

transcurso de nuestra formacin y de

nuestras vidas, ingresando a estas

prestigiosas aulas del saber todos los

das educativos.

Marco Cadena

Diego Tipn

vi

DEDICATORIA

A MIS PADRES

Quienes con su apoyo incondicional,

supieron en todo momento

acompaarme, darme palabras de

aliento, y todo lo que en ellos estuvo a

su alcance para ayudarme a culminar

esta carrera.

A MI FAMILIA

Mi eterna gratitud para toda mi

familia, a mis hermanos y hermanas,

por haber estado en todos estos aos,

apoyndome y dndome su cario,

afecto, siendo un gua primordial

para la superacin, esta tesis la

dedico a mi familia.

DIEGO

vii

DEDICATORIA

A DIOS

Dios, padre bueno y misericordioso,

dedico esta tesis a Dios, por haberme

dado la inteligencia y todos los dones

necesarios para alcanzar una meta

ms en el mbito educativo, a lo que

Dios siempre me tiene acostumbrado

a triunfar, a no rendirme y a superar

toda obstculo o barrera, que gracias

a Dios nunca han sido ni barrera ni

obstculo sino un impulso, para

seguir adelante.

A MI FAMILIA

Tambin dedico esta tesis a toda mi

familia, que con su garra, su

dedicacin, respeto, responsabilidad,

superacin, don de gente y mucha

ms, supieron guiarme y darme todas

las armas y herramientas esenciales

para pasar seis aos de mi vida, en la

Universidad Tcnica de Cotopaxi

preparando y capacitando

ntegramente sin cambiar mi

personalidad y todo lo que soy.

En especial a mi hermana Mara, por

sus palabras de aliento, para

continuar, y mucho ms de que a su

alcance poda dar, lo logramos

Family.

.

MARCO

viii

NDICE GENERAL

Portada .................................................................................................... i

Aprobacin del tribunal de grado ............................................................. ii

Autoria .................................................................................................. iii

Aval del director de tesis ........................................................................ iv

Agradecimiento ....................................................................................... v

Dedicatoria ............................................................................................ vi

A mis padres .......................................................................................... vi

A mi familia ........................................................................................... vi

Dedicatoria ........................................................................................... vii

ndice general ...................................................................................... viii

ndice de figuras ................................................................................... xii

ndice de tablas .................................................................................... xiii

Resumen .............................................................................................. xiv

Abstract ................................................................................................ xv

Aval del profesor de ingls ................................................................... xvi

Introduccin ........................................................................................ xvii

Captulo I ................................................................................................ 1

1. Marco terico ...................................................................................... 1

1.1 Introduccin y principios bsicos ....................................................... 1

1.1.1 Transformacin de energa .............................................................. 1

1.1.2 Energa a partir del agua ................................................................. 2

1.1.3 Medicin del salto .......................................................................... 4

1.1.3.1 Mtodo de nivel de carpintero y tablas ......................................... 5

1.1.3.2 Mtodo del nivel del ingeniero ..................................................... 6

1.1.4 Medicin del caudal ....................................................................... 7

1.1.4.1 Mtodo del recipiente .................................................................. 8

1.2 Turbinas hidrulicas y su clasificacin............................................... 9

1.2.1 Turbina .......................................................................................... 9

1.2.2 Fenmenos de las turbinas hidrulicas .......................................... 11

1.2.2.1 Cavitacin ................................................................................. 11

1.2.2.2 Velocidad de embalamiento ....................................................... 12

ix

1.2.2.3 Golpe de ariete .......................................................................... 12

1.3 Partes de la turbina hidrulica .......................................................... 13

1.3.1 Distribuidor .................................................................................. 13

1.3.2 El rodete ...................................................................................... 14

1.3.4 Carcasa ........................................................................................ 14

1.4 Tipos de turbinas hidrulicas ........................................................... 15

1.4.1 Turbinas de accin ....................................................................... 15

1.4.1.1 Turbina Michell-Banki............................................................... 15

1.4.1.1.1 Dimensionamiento preliminar de una turbina michell-banki .... 17

1.4.2 Turbina de reaccin ...................................................................... 21

1.5 Microcentrales hidroelctricas ......................................................... 22

1.5.1 Introduccin a la microhidrogeneracin ........................................ 22

1.5.2 Centrales hidroelctricas en derivacin ......................................... 22

1.5.3 Elementos que componen una central hidroelctrica ...................... 23

1.5.3.1 Bocatoma .................................................................................. 23

1.5.3.2 Obra de conduccin ................................................................... 23

1.5.3.3 Desarenador .............................................................................. 24

1.5.3.4 Tanque de presin...................................................................... 24

1.5.3.6 Tubera de presin ..................................................................... 24

1.5.3.7 Casa de mquinas ...................................................................... 25

1.5.3.8 Otros elementos ......................................................................... 25

Captulo II ............................................................................................ 26

2. Mtodos y tcnicas ............................................................................ 26

2.1 Mtodos: ......................................................................................... 26

2.2 Tcnicas: ......................................................................................... 29

2.3 Instrumentos ................................................................................... 29

2.4 Procedimientos para levantamiento de la informacin: ..................... 30

Captulo III ........................................................................................... 32

3. Diseo y construccin ....................................................................... 32

3.1 Medicin y determinacin de los parmetros de diseo .................... 32

3.1.1 Resultados de la entrevista ............................................................ 32

3.1.2 Medicin del caudal ..................................................................... 33

3.1.3 Mtodo del gps ............................................................................. 34

3.1.5 Medicin del salto o altura bruta ................................................... 35

x

3.1.6 Longitud de la tubera de cemento ................................................ 35

3.1.6 Longitud de la tubera de presin .................................................. 36

3.1.7 Clculo del dimetro interior de la tubera de presin ................... 36

3.1.8 Clculo de la velocidad de circulacin del agua en la tubera ........ 37

3.1.9 Clculo de las prdidas de friccin en la tubera de presin ........... 38

3.1.10 Determinacin de la altura neta ................................................... 39

3.2 Criterios de seleccin ...................................................................... 40

3.2.1 Seleccin de la turbina.................................................................. 40

3.2.2 Seleccin del generador ................................................................ 43

3.3 Diseo hidrulico, mecnico y elctrico de la turbina ....................... 44

3.3.1 Clculos de la turbina michell banki ............................................. 44

3.3.1.1.- Resolucin del tringulo de velocidades a la entrada del rotor .. 46

3.3.1.2.- Velocidad del inyector ............................................................. 49

3.3.1.3.- Seleccin del dimetro del rotor o rodete ................................. 51

3.3.1.4.- Dimetro interior del rotor ....................................................... 53

3.3.1.5.- Dimetro mximo del eje del rotor ........................................... 53

3.3.1.6.-Nmero ptimo de revoluciones de la turbina michell banki ...... 53

3.3.1.7.- Velocidad de embalamiento ..................................................... 55

3.3.1.8.- Potencia al freno de la turbina ................................................. 55

3.3.1.9.- Nmeros especficos de revoluciones nq y ns ........................... 56

3.3.1.10.- Seleccin del nmero de alabes ............................................. 58

3.3.1.11.- Seleccin del espesor de los labes del rotor .......................... 58

3.3.1.12.- Dimetro mximo permitido en el eje labe directriz .............. 60

3.3.1.13.- Arco admisin ....................................................................... 60

3.3.1.14.-ngulo de admisin ................................................................ 62

3.3.1.15.-rea de admisin .................................................................... 62

3.3.1.16.- Ancho del rotor ..................................................................... 63

3.3.1.17.- Ancho del inyector ................................................................ 64

3.3.1.18.- Razn de aspecto ................................................................... 69

3.3.1.19.- Paso entre labes ................................................................... 69

3.3.1.20.- Nmero de labes que reciben el flujo de agua ....................... 69

3.3.1.21.- Caudal que ingresa a un labe ................................................ 70

3.3.1.22.- Potencia ................................................................................ 70

3.3.1.23.- Determinacin de la ecuacin de la curva que presenta la voluta

............................................................................................................. 71

3.3.1.24.- Peso de un labe .................................................................... 74

xi

3.3.1.25.- Fuerza hidrulica sobre un labe (fhr) .................................... 75

2.3.1.26.- Fuerza centrfuga sobre el labe ............................................. 77

3.3.1.27.- Fuerza total sobre el labe ..................................................... 77

3.3.1.28 ngulo entre la fuerza hidrulica sobre el labe y el eje x ........ 78

3.3.1.29.- Momento flector mximo sobre el labe ................................. 80

3.3.1.30.- Factor de correccin del esfuerzo mximo en el labe ............ 80

3.3.1.31.- Esfuerzo mximo en el labe ................................................. 81

3.3.2. Transmisiones por bandas en v .................................................... 81

3.3.2.1 Diseo de transmisiones por bandas en v ................................... 84

3.3.2.2 Pasos para el clculo de bandas .................................................. 84

3.4 Pico central de generacin elctrica ................................................ 85

3.4.1 Construccin de la turbina ............................................................ 85

3.4.2 Construccion de los labes ............................................................ 86

3.4.3 Construccin del eje del rodete ..................................................... 87

3.4.4 Soldado de los discos en el rodete ................................................ 87

3.4.5 Instalacin de la turbina dentro de la carcasa ............................... 87

3.4.6 Soldadura de los labes al rotor ................................................... 88

3.4.7 Construccin de la base de la turbina ............................................ 89

3.4.8 Esmerilado de las partes externas de la carcasa ............................ 90

3.4.9 Perfil inyector ............................................................................. 91

3.4.10 Armado de carcasa ..................................................................... 92

3.4.11 Generador y sus caractersticas ................................................ 92

3.4.12 Poleas y bandas de la turbina ..................................................... 93

Recomendaciones .................................................................................. 95

Referencias Bibliogrficas..................................................................... 96

Citada ................................................................................................... 96

Consultada ............................................................................................ 97

Anexos

xii

NDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Dibujo bsico de transformacin de energa ............................ 1

Figura 1.2 Grafico energa a partir del agua ............................................. 3

Figura 1.3 Usando un nivel de carpintero para medir el salto ................... 6

Figura 1.4 Uso del nivel del ingeniero ..................................................... 7

Figura 1.5 Medicin del caudal ............................................................... 8

Figura 1.6 Usando el mtodo del recipiente ............................................. 9

Figura 1.7 Turbina Michell-Banki ......................................................... 16

Figura 1.8 Dimensiones bsicas de una turbina michell- banki ............... 20

Figura 3.1 Ubicacin de los puntos gps del proyecto .............................. 34

Figura 3.2 Diagrama de seleccin de turbinas ........................................ 40

Figura 3.3 Diagrama de seleccon de turbinas olade ............................... 41

Figura 3.4 Eficiencia a carga parcial de las turbinas ............................... 42

Figura 3.5 Generador del proyecto ......................................................... 43

Figura 3.6 Caractersticas tcnicas del generador del proyecto ............... 43

Figura 3.7 Representacin grfica de las etapas en una turbina michell-

banki ..................................................................................................... 45

Figura 3.8 Diagrama de velocidad en el rotor de la turbina michell banki46

Figura 3.9 Representacin grafica de las velocidades a la entrada del rotor

............................................................................................................. 47

Figura 3.10 Perfiles de inyectores para turbinas michell-banki ............... 49

Figura 3.11 Perfil del rodete .................................................................. 51

Figura 3.12 Seccin transversal de un labe del rotor ............................. 59

Figura 3.13 Arco de trabajo de un rodete michell-banki con arco de

admisin 1/3 ......................................................................................... 61

Figura 3.14 Inyector de la turbina michell-banki .................................... 64

Figura 3.15 Dimensiones de los inyectores a 1/3 y 2/3 ........................... 68

Figura 3.16 Diagrama de eficiencia al 1/3, 2/3 o capacidad total ............ 68

Figura 3.17 Representacin de la curva que presenta la voluta ............... 73

Figura 3.18 ngulos de la velocidad absoluta, a la entrada y salida del

labe. .................................................................................................... 75

Figura 3.19 Composicin de fuerzas sobre el labe ................................ 78

Figura 3.20 Diagrama de fuerzas actuando sobre el labe del rodete ...... 79

xiii

NDICE DE TABLAS

Tabla 1.1 Clasificacin de centrales respecto a la altura .......................... 4

Tabla 1.2 Clasificacin de centrales segn la potencia ............................. 5

Tabla 1.3 Diferencias entre turbinas de reaccin y accin ...................... 10

Tabla 1.4 Coeficientes para determinar el espesor del chorro ................. 18

Tabla 3.0 Resultados de la entrevista (demanda energtica) ................... 32

Tabla 3.1 Mediciones de tiempo para determinar el caudal existente ...... 33

Tabla 3.2 Seleccin del rodete ............................................................... 52

Tabla 3.3 Rango de aplicacin de las turbinas hidrulicas ...................... 57

Tabla 3.4 Seleccin de labes ................................................................ 58

Tabla 3.5 Seleccin del espesor de los labes del rotor .......................... 59

Tabla 3.6 Dimetro mximo permitido en el eje labe directriz .............. 60

Tabla 3.7 Peso de un labe .................................................................... 74

Tabla 3.8 ngulos caractersticos del alabe ........................................... 76

Tabla 3.9 ngulos entre la fuerza hidrulica sobre el labe y el eje x ..... 78

Tabla 3.10 Factor de correccin del esfuerzo mximo en el labe ........... 80

Tabla 3.11 Composicin de las aleaciones usadas corrientemente en las

turbinas hidrulicas ............................................................................... 85

Tabla 3.12 Propiedades mecnicas de las aleaciones usadas en turbinas

hidrulicas ............................................................................................ 86

xiv

RESUMEN

En el Sector Pansachi, de la parroquia Alquez, provincia de Cotopaxi, se detect

que no exista el servicio de energa elctrica, por lo tanto se busc, la manera de

generarla, a travs de construccin de una turbina llamada Michell-Banki, para

cubrir esta necesidad del sector.

El anlisis para la seleccin de una turbina Michell-Banki se la realiz basndose

en variables tales como: altura. Caudal y demanda energtica. La altura fue

determinada con un GPS, por otra parte el caudal fue determinada mediante el

mtodo de recipiente, y la demanda a travs de una entrevista realizada al

Presidente del sector Ing. Javier Espn.

Los clculos realizados permitieron determinar y construir una turbina Michell-

Banki de 200 mm de dimetro de rotor con una potencia de 3KW, para cubrir la

necesidad energtica del sector.

xv

ABSTRACT

In the sector of Pansachi located in the Alquez district of the Cotopaxi Province.

It has been found that there is not electrical energy service; therefore, it was

researched the way to generate electrical energy, through the construction of a so-

called Michell-banki turbine to cover this need of the sector.

The analysis for the selection of a Michell-Banki turbine was performed based on

variables such as: height, flow intensity and the energetic demand. The height was

determined with the GPS; on the other hand, the flow intensity was determined

through the method of container and the demand was defined through a personal

interview with Javier Espn the engineer president of the sector.

The calculations which were performed permitted the determination and

construction of a Michell-Banki turbine of 200 mm of diameter of the rotor with a

potency of 3KW in order to cover de energetic necessity of the sector.

xvi

AVAL DEL PROFESOR DE INGLS

Yo, Lorena Gonzlez Ortiz, con C.I.: 100237727-1, Licenciada en Ciencias de la

Educacin Especialidad Ingles, Docente del Centro de Idiomas, despus de haber

revisado el Abstract de presente proyecto de tesis : DISEO E


ELCTRICA EN EL SECTOR PANSACHI, EL MORO, CUCHITINGUE,

PARROQUIA ALQUEZ, PROVINCIA DE COTOPAXI, de Cadena

Galarza Marco Geovanny y Tipn Sisalema Diego Eugenio , postulantes de

Ingeniera Electromecnica, considero que el presente trabajo de tesis rene los

requisitos y mritos suficientes para ser sometido a la presentacin pblica y

evaluacin por parte del tribunal.

___________________________

Lic. Lorena Gonzlez Ortiz M.Sc.

CI: 100237727-1

xvii

INTRODUCCIN

El suministro de energa elctrica es un elemento primordial en las familias

ecuatorianas, pero sin embargo, en el ltimo censo del 2010, el 6.8% de

4654.054 viviendas de los sectores rurales no poseen este servicio bsico de gran

importancia, ya que, contribuye de manera directa en las actividades productivas,

y establece un factor esencial para el desarrollo econmico y tecnolgico en sus

vidas, es por esto que hemos visto la importancia de proporcionar luz elctrica al

Sector Pansachi, aprovechando un recurso natural, como es el agua a fin de

disminuir el porcentaje de familias que no poseen este servicio.

Para lo cual, se plante los siguientes objetivos: Conocer la demanda energtica

del sector mediante la investigacin de campo, empleando la entrevista al

Presidente del sector, determinar los parmetros de diseo como son la altura neta

y el caudal necesario para cubrir la demanda del sector y seleccionar la turbina

hidrulica adecuada, mediante los nmeros especficos de revoluciones y

diagramas de seleccin.

Teniendo en cuenta la siguiente hiptesis: mediante la determinacin de la

demanda enrgica, la altura neta y el caudal disponible, se seleccionar la turbina

hidrulica adecuada para la implementacin de una Pico Central de Generacin

Elctrica, en el Sector Pansachi, Parroquia Alquez, Provincia de Cotopaxi, que

beneficiar al sector proporcionando energa elctrica.

Identificando las siguientes variables: la demanda energtica, la altura neta, el

caudal, que se han utilizado para la seleccin de la turbina adecuada para este

proyecto de tesis.

1

CAPTULO I

1. MARCO TERICO

1.1 INTRODUCCIN Y PRINCIPIOS BSICOS

1.1.1 Transformacin de energa

Figura 1.1 Dibujo bsico de transformacin de energa

Fuente: Elaborado por los autores

2

El agua se encuentra en movimiento en forma constante, a travs de una

canal, la cual ser suspendida, en una determinada altura, que ser

transportada mediante una tubera de presin, con lo que se transforma la

energa potencial en energa cintica.

Por ello la transformacin de la energa se produce mediante estos dos

tipos de energa, tenemos la energa cintica que es la derivada del

movimiento de las partculas y la energa potencial, la cual, se adquiere

respecto a un plano de referencia, segn el desnivel o ubicacin de la

altura respecto al plano de referencia.

Una vez que el agua ha descendido por la tubera de presin, se aprovecha

la velocidad lineal del agua para mover una turbina, generndose un

movimiento rotacional en torno a un eje. Acoplado por medio de una

banda a un generador, producindose as energa elctrica. Como se

muestra en la figura 1.1 (Wildi, 2007) (Giancoli, 2006)

1.1.2 Energa a partir del agua

Se necesita que el caudal del agua, tenga una altura determinada, que se la

denomina salto bruto dado en metros, adems; se tiene presente que

existe prdidas de energa por la forma irregular del terreno, por ello, el

salto neto que es la diferencia entre el salto bruto y la prdidas, darn

como resultado, la potencia til de generacin de electricidad, que es una

conversin de energas, la energa potencial se convierte en energa

cintica y esta a su vez se convierte en energa mecnica en una turbina y

sta, acoplada a un generador se convertir en energa elctrica, como se

muestra en la figura 1.2 (Coz, 1995) (Corominas, 1990)

3

Figura 1.2 Grafico Energa a partir del agua


Potencia de salida, es igual al producto de la potencia de entrada por la

eficiencia de conversin de la turbina, se tomar en cuenta este valor de

0.6 rendimiento de la turbina.

Potencia salida = potencia entrada* eficiencia de conversin (1.1)

P =*Q*Hn*n (1.2)

Donde:

P= potencia neta (W)

= peso especfico del agua 9800 (kg/m3)

Q=caudal (m3/s)

Hn=altura neta (m)

n= eficiencia de la turbina (0.6)

El primer paso para determinar la potencia de generacin, se debe realizar

las mediciones del salto y caudal. El caudal depende del canal a utilizar.

4

El salto tiene relacin directa con la topografa del terreno, ya que el

mismo es irregular, por lo cual se explica los mtodos para medicin del

salto. (Sanz, 2008) (Balairn, 2002)

1.1.3 Medicin del Salto

La medicin debe ser hecha en la cada de agua de mayor prolongacin, para tener

mayor potencia de generacin, las medidas pueden ser mediante mtodos tales

como: mtodo de manguera de nivelacin, mtodo de manguera y manmetro,

mtodo de nivel de carpintero y tablas, mtodo de altmetro, mtodo de eclmetro,

mtodo de nivel del Ingeniero. Adems segn el tipo de salto tenemos:

a) Central hidroelctrica de bajo salto

b) Central hidroelctrica de salto medio

c) Central hidroelctrica de salto elevado. Como se muestra en la tabla 1.1

(Coz, 1995) (Sanz, 2008)

Es decir, se especifica, segn la cada se clasifica en:

Tabla 1.1 Clasificacin de centrales respecto a la altura

CADA EN METROS

Baja Media Alta

Mini H

5

De acuerdo con la potencia instalada, la Organizacin Latinoamrica de

Energa OLADE ha clasificado las pequeas hidroelctricas de la siguiente

manera. Como se muestra en la tabla 1.2. (Olade, 1995):

Tabla 1.2 Clasificacin de centrales segn la potencia

POTENCIA TIPO

0-50 kw MICROCENTRAL

50-500 kw MINICENTRAL

500-5000 kw PEQUEA CENTRAL

Fuente: Pequeas Centrales Hidroelctricas

1.1.3.1 Mtodo de nivel de carpintero y tablas

Consiste en usar una varilla graduada en el plano vertical y una tabla de

madera recta y fija, con un nivel de carpintero o de burbuja, en el plano

horizontal, con los cual, se realiza las respectivas mediciones, puede ser

desde el punto ms bajo, hasta el punto mximo (Coz, 1995) (Sanz, 2008).

Procedimiento:

La varilla graduada se ubica en la posicin de inicio de mediciones,

con la tabla de madera, y el nivel de carpintero, precisar si la tabla

est perpendicular a la varilla graduada, para que la medicin sea

exacta.

6

Registrar dicha altura y ubicar el punto respecto a la tabla de

madera, donde se va a tomar la siguiente medicin, ascendiendo la

pendiente.

Luego sumar todas las alturas medidas para obtener la altura bruta.

Este mtodo en pendientes suaves es muy lento, pero en pendientes

fuertes es el indicado, especialmente para pequeas cadas, como se

muestra en la figura 1.3.

Figura 1.3 Usando un nivel de carpintero para medir el salto

Fuente: Manual de Mini y Micro Centrales Hidroelctricas

1.1.3.2 Mtodo del nivel del ingeniero

Las distancias pueden ser medidas simultneamente, pero no es apropiado

para lugares escarpados o que exista presencia de rboles. El nivel de

ingeniero puede registrar 1mm de precisin, pero el operador deber ser

diestro, para evitar errores en la medicin. Los equipos utilizados en este

mtodo pueden ser alquilados a precios aceptables. Se producen errores

7

por las largas series de clculos que hay que efectuar, como se muestra en

la figura 1.4 (Coz, 1995).

Figura 1.4 Uso del nivel del Ingeniero


1.1.4 Medicin del caudal

La medicin del caudal puede ser hecha mediante los siguientes mtodos: mtodo

de la solucin de sal, mtodo del recipiente, mtodo del rea y velocidad, mtodo

del flotador, medidores de corriente, mtodo de la seccin de control y regla

graduada, mtodo del vertedero y pared delgada, otros mtodos. La medicin de

caudal, que pasa por un rio, depende directamente de la seccin transversal a la

corriente y la velocidad media del agua, la formula es la siguiente. Como se

muestra en la figura 1.5. (Ortiz, 2001) (Sanz, 2008) (Balairn, 2002):

Q=A*V (1.3)

8

Figura 1.5 Medicin del Caudal


Donde:

Q= Caudal (m3/s)

A= rea de la seccin transversal (m2)

V= velocidad media del agua en el punto analizado (m/s)

Como se muestra en la figura 1.5

1.1.4.1 Mtodo del recipiente

Consiste en canalizar todo el caudal, para llenar un recipiente,

previamente seleccionado con medida volumtrica, y cronometrar el

tiempo que demora en llenarse. Es una manera simple de medir el caudal,

su desventaja es que todo el caudal debe ser direccionado al envase.

Generalmente es empleado para caudales pequeos, como se muestra en la

figura 1.6 (Coz, 1995) (Sanz, 2008).

9

Figura 1.6 Usando el Mtodo del recipiente


1.2 TURBINAS HIDRULICAS Y SU CLASIFICACIN

1.2.1 Turbina

Es el equipo encargado de convertir la energa hidrulica en mecnica,

acoplado directamente a un generador y en conjunto cubren la demanda

energtica del sector. Segn la manera de transformar la energa cintica

que ingresa a la turbina en energa mecnica, se hallan los siguientes

tipos: turbinas de reaccin y turbinas de accin (Ortiz, 2001) (Harper,

1982) (Viedma, 1997) (Fink, 1981). (Menndez, 2001)

10

Para diferenciar entre los tipos de turbinas tenemos la siguiente tabla1.3:

Tabla 1.3 Diferencias entre turbinas de reaccin y accin

TIPOS DE TURBINAS

TURBINAS DE REACCIN TURBINAS DE ACCIN

1. Entre la entrada y la salida

existe una diferencia de

presin

1. En la entrada y salida del agua en

el rodete no hay diferencia de

presin.

2. El agua posee, al atravesar,

energa cintica y energa de

presin.

2. El agua posee, al atravesar el

rodete, solo energa cintica.

3. El agua llena completamente

los espacios entre los labes,

quedando sometida a presin.

Por la curvatura de los labes

y la diferencia de presin

entre la entrada y la salida

del agua, se origina un

cambio de magnitud y

direccin en la velocidad, el

cual determina una reaccin

del agua sobre los labes. La

componente normal del eje

origina el movimiento del

rodete.

3. El agua corre libremente

sometida a la presin atmosfrica a

lo largo de la parte cncava de los

labes, sin llenar el espacio entres

stas. La velocidad del agua cambia

de direccin y no de magnitud (se

prescinde del rozamiento). Este

cambio de direccin ocasionado por

el agua crea una reaccin contra los

labes determinando su componente

normal al eje del movimiento del

rodete.

4. Como seal exterior puede 4. En las tuberas de accin no se

11

notarse que el rodete se

encuentra en comunicacin

con aguas abajo por

intermedio del tubo de

aspiracin.

instala el tubo de aspiracin.

5. Se consigue el

aprovechamiento del salto, en

parte por la presin del agua

y su energa cintica y, en

parte, por el tubo de

aspiracin.

5. Se aprovecha slo el salto

existente entre el nivel del agua

arriba y el rodete, desperdicindose

la altura desde ste gasta aguas

abajo, que suele representar un

dbil porcentaje del total, por

emplearse slo la turbina de accin

en saltos altos.

Fuente: Pequeas Centrales Hidroelctricas (Ortiz, 2001)

1.2.2 FENMENOS DE LAS TURBINAS HIDRULICAS

1.2.2.1 Cavitacin

En turbinas como Pelton, Turgo y Michell-Banki, puede ocurrir este

fenmeno llamado cavitacin, en el inyector a causa de su geometra

desfavorable o corresponde a una pequea discontinuidad de las

superficies. No es indispensable calcular una altura de aspiracin en este

tipo de turbinas, como si debe hacerse en turbinas de reaccin, ya que el

proceso de flujo en el rodete se lleva a cabo a presin atmosfrica.

12

La cavitacin es un fenmeno de formacin de burbujas en un lquido, que

a causa de alcanzar altas velocidades de flujo, la presin esttica absoluta

es menor que la presin del vapor correspondiente a la temperatura del

liquido. Posteriormente, al alcanzar dichas burbujas zonas de mayor

presin que la presin del vapor, se condensan abruptamente, originando

problemas hidrulicos y mecnicos. Algunos de los efectos que se pueden

manifestar son: disminucin de potencia, el caudal y la eficiencia,

produccin de ruidos, vibraciones, destruccin en la superficie de los

labes y zonas adyacentes. (Coz, 1995) (Ortiz, 2001)

1.2.2.2 Velocidad de embalamiento

Es superior a la velocidad nominal de la turbina, depende del tipo de

turbina, en el caso de turbina Michell_Banki es 1.8 veces la velocidad

nominal, ya que una vez adquirido movimiento, el rodete tiende a

aumentar la velocidad, porque el agua al empujar el labe con la energa

cintica obtenida en el descenso del caudal presenta menor resistencia,

comparndola cuando la turbina est en el arranque que tiene que superar

la fuerza de reposo, y la rotacin del rodete es mayor; es decir alcanza una

velocidad mxima.

1.2.2.3 Golpe de ariete

Si el flujo de caudal de agua en la tubera se detiene abruptamente, por

ejemplo, a causa de un bloqueo imprevisto cerca de la turbina, se

producen sobrepresiones elevadas llamadas golpe de ariete. La tubera

debe ser resistente para no romperse cuando suceda este tipo de fenmeno.

Estas presiones provocarn que la tubera se mueva, ocasionando daos en

los anclajes si estos no fueran lo suficientemente resistentes.

13

En la tubera de presin se crean onda de oscilacin, que debe ser

amortiguadas en la cmara de presin, que obligan a una regulacin del

caudal. Estas ondas de oscilacin son altas en el momento del arranque de

la turbina o en su parada total por rechazo a la carga. Estas ondas pued en

ser positivas o negativas dependiendo del momento en que se generen

dichas ondas, y se las conoce como golpe de ariete.

El golpe de ariete positivo exige de la tubera un mayor espesor, este

puede reducirse con un cierre lento de la turbina. Cuando la turbina

requiere la apertura parcial o total se produce un golpe de ariete negativo,

el cual tiene caractersticas similares, pero, en sentido inverso. (Coz,

1995) (Ortiz, 2001)

1.3 PARTES DE LA TURBINA HIDRULICA

Entre los elementos fundamentales tenemos los siguientes:

1.3.1 Distribuidor

Es el elemento encargado de acelerar el flujo, una vez descendido el

caudal por la pendiente y transformar en forma total (turbinas de accin) o

parcial (turbinas de reaccin), la energa potencial del agua en energa

cintica y energa de presin, direccionando el flujo de agua hacia el

rodete, por ello, adopta algunas formas como: del tipo inyector en las

turbinas de accin, o de forma radial, semiaxial y axial en turbinas de

reaccin, tambin acta como miembro regulador del caudal .

14

1.3.2 El Rodete

Conocido como rotor de rueda, es un disco provisto de un nmero de

labes, paletas o cucharas alrededor de este, que se mueve a una velocidad

angular determinada, su funcin es transformar o convertir la energa

hidrulica generada por el salto til, en energa mecnica, mediante la

aceleracin y desviacin, el flujo de agua pasa por el sistema de labes o

cucharas y lo hace girar, aprovechando el caudal, segn sea el salto

depender la velocidad angular que adquiera el rodete.

1.3.3 Tubo de aspiracin

Se instala a continuacin del rodete y efecta lo siguiente: recuperar la

altura de salida del rodete y el nivel del canal de desage, adems,

recobrar una parte de la energa cintica relacionada con la velocidad

residual del agua en la salida del rodete, desde de un diseo del tipo

difusor.

1.3.4 Carcasa

Es el armazn de la turbina, encargado de cubrir y soportar todas las

partes de la turbina hidrulica, segn el tipo de turbina ser la forma de la

carcasa, y segn el dimensionamiento ser el tamao de la misma. (Coz,

1995) (Harper, 1982) (Briseo, 2008) (Viedma, 1997)

15

1.4 TIPOS DE TURBINAS HIDRULICAS

1.4.1 Turbinas de accin

Solo se construyen prcticamente de flujo tangencial, donde aprovechan la

energa cintica, proveniente de la energa hidrulica que baja una

determinada altura, para convertirla en energa mecnica, entre estas se

hallan (Briseo, 2008) (Roldn, 2012) (Fink, 1981) (Viedma, 1997):

a) Turbinas Pelton

b) Turbinas Turgo

c) Turbinas Michell-Banki

1.4.1.1 Turbina Michell-Banki

Su inventor fue A. G. Michell (Australia), patentada en 1903, luego,

Donat Banki (Hungra) de la Universidad de Budapest, la estudi entre

1917-1919. Es una turbina de accin, de flujo radial centrpeto-centrfugo,

de flujo transversal, de doble paso y de admisin parcial.

Adems, segn ensayos recientes, se ha comprobado que existe una

pequea reaccin en el primer paso, debido a que se ha descubierto que

presenta una presin ligeramente superior a la atmsfera, por la cercana

del inyector al rodete en esta turbina, como se muestra en la figura 1.7.

16

Figura 1.7 Turbina Michell-Banki


Entre sus elementos estn:

a) Distribuidor.- En diseos actuales se emplea un inyector que cubre

un mayor arco de la periferia del rodete. Tiene como objetivo

incrementar el flujo unitario, permitiendo mantener pequeo el

tamao de la turbina. El distribuidor impulsa el chorro de agua a

una seccin rectangular, y ste circula por la corona de paletas del

rodete en forma de cilindro. Adems, es conformado por una tobera

de seccin rectangular, que cubre al rodete en un cierto ngulo de

admisin parcial, y una paleta directriz que ayudar a la regulacin

del caudal.

b) Rodete.- tiene forma de tambor o cilindro, est provisto de discos

en su periferia, que estn unidos a este mediante soldadura, para

17

grandes caudales y bajas alturas, por su bajo costo. Puede trabajar

eficientemente en grandes rangos de variacin del caudal, es

necesario darle la longitud conveniente, por su bajo costo y fcil

construccin, es una alternativa para pequeas centrales

hidroelctricas. La caracterstica principal de esta turbina, con

respecto a otras es que en esta no existe deflexin axial del chorro,

ya que el flujo discurre sobre planos perpendiculares al eje. Como

es una turbina de accin opera a presin atmosfrica, se recomienda

que en el caso de saltos bajos, debe tener un tubo de aspiracin

cilndrica, lo cual, servir para recuperar parte de la altura de

montaje. Esto genera un depresin en su interior, por lo que, se

debe evitar que se inunde el rodete, por ello, es aconsejable utilizar

una vlvula automtica, que permite el ingreso de aire al interior de

la carcasa. (Coz, 1995) (Ortiz, 2001) (Harper, 1982) (Harper,

1983) (Roldn, 2012)

1.4.1.1.1 Dimensionamiento preliminar de una Turbina Michell -Banki

Considerar algunas especificaciones bsicas para el dimensionamiento de

una Turbina Michell-Banki, como son:

a) Velocidad de chorro

Por la aproximacin entre el inyector y el rodete, se genera una

sobrepresin insignificante en la interseccin debajo el arco de admisin,

dado por el ngulo . Obtenindose la velocidad de chorro empleando la

siguiente frmula:

18

(1.4)

Puede tomarse el mismo coeficiente =0.95, empleado en Turbinas

Pelton.

b) Espesor del chorro

Se lo puede determinar empleando la siguiente frmula:

(1.5)

Donde:

a= Espesor del chorro (m)

=coeficiente que depende del ngulo del inyector y el ngulo de

admisin .

=Dimetro exterior del rodete (m)

Para =16 se pueden tomar los siguientes valores: como se muestra en la

tabla 1.4.

Tabla 1.4 Coeficientes para determinar el espesor del chorro

() 60 90 120

0.1443 0.2164 0.2886


19

En caso de usar una paleta directriz central:

(1.6)

c) Dimetro externo e interno

Para determinar las medidas bsicas del rodete, se pueden utilizar las

siguientes frmulas:

Dimetro exterior ( )

(1.7)

Donde:

H= Altura neta

N= Nmero de revoluciones

Dimetro interior ( )

(1.8)

Los valores bajos del coeficiente pertenecen a turbinas rpidas con rodete

ancho y los valores altos a turbinas lentas con rodete angosto. Se

recomienda elegir rodetes de 200, 300, 400 mm de dimetro.

d) Ancho del rodete

Se puede determinar con la siguiente frmula:

20

(1.9)

Donde:

Q= Caudal (m3/s)

= Dimetro exterior del rodete (m)

H= Altura neta (m)

= ngulo de admisin ()

Figura 1.8 Dimensiones Bsicas de una Turbina Michell- Banki


(Ortiz, 2001)

21

e) Angulo del inyector

Se recomienda estar en el rango de =(15 a 20), preferentemente =16.

f) Nmero de labes

Este nmero est comprendido entre 24 y 30 labes segn sea el tamao

del rodete, como se muestra en la figura 1.8

1.4.2 Turbina de Reaccin

Se caracterizan por extraer la potencia, que genera la turbina, de la accin

combinada de la energa de presin (superior a la presin atmosfrica), y

la energa cintica del agua, adoptando conceptos tanto de flujo radial

como axial.

Entre turbinas de este tipo se hallan las siguientes:

a) Bomba Rotodinmica operando como turbina

b) Turbinas Francis

c) Turbinas Deriaz

d) Turbina Kaplan y de Hlice

e) Turbina axiales, en sus variantes: tubular, bulbo, y de generador

perifrico. (Coz, 1995) (Ortiz, 2001) (Harper, 1982) (Viedma,

1997) (Roldn, 2012)

22

1.5 MICROCENTRALES HIDROELCTRICAS

1.5.1 INTRODUCCIN A LA MICROHIDROGENERACIN

Son sistemas de generacin hidrulica a pequea escala, se puede

diferenciar tres rangos de potencia: en gran escala, mini y micro

generacin. Los sistemas a gran escala proporcionan suficiente energa

como para abastecer a ciudades enteras; por lo general, producen ms de

10 MW de potencia. Los sistemas de minigeneracin estn en el rango de

300KW a 10MW. Los sistemas de microgeneracin son an ms

pequeos, generalmente no suministran energa elctrica a las redes

nacionales; su rango de aplicacin est desde 200 W a 300KW, y es una

mini-red local independiente de la red elctrica nacional, abasteciendo de

energa elctrica a pequeos sectores.

En muchos pases hay una necesidad creciente de suministros de energa

para reas rurales; por lo que, los sistemas de microhidrogeneracin

pueden ser diseados y construidos por personas locales abasteciendo de

electricidad para el desarrollo de pequeas industrias en sectores alejados

de las ciudades, con frecuencia, se convierte en una alternativa econmica;

ya que, los micro hidrositemas independientes no necesitan de lneas de

transmisin. (Coz, 1995)

1.5.2 CENTRALES HIDROELCTRICAS EN DERIVACIN

23

El sistema consiste en almacenar suficiente cantidad de agua proveniente

de un canal con una bocatoma que permita utilizarla para generacin de

energa elctrica, donde el recurso hdrico debe tener un sistema de

captacin en tiempos donde el caudal disminuya; en este lugar se

encuentra un tanque y un desarenador, que se conecta a su vez, a una

tubera, encargada de conducir el caudal a una determinada pendiente

donde se obtendr la altura necesaria para adquirir la potencia requerida.

(Ortiz, 2001) (Briseo, 2008) (Balairn, 2002)

1.5.3 ELEMENTOS QUE COMPONEN UNA CENTRAL

HIDROELCTRICA

1.5.3.1 Bocatoma

Es una obra que permitir llevar el suficiente caudal para la potencia

requerida. Esta obra debe ser lo suficientemente robusta para pocas de

invierno, por las crecidas del ro.

1.5.3.2 Obra de conduccin

Es un canal que est ubicado en lugar estratgico que tiene una pequea

pendiente, este canal puede ser de cemento, de tierra o puede ser de

tubera que conducir el recurso hdrico desde la bocatoma realizada hasta

el tanque de almacenamiento.

24

1.5.3.3 Desarenador

Su funcin principalmente es disminuir la velocidad de las part culas, para

que estas desciendan al fondo del desarenador, con el objetivo de separar

toda partcula slida del recurso hdrico, a fin de conducir en la tubera de

presin agua libre de dichas partculas.

1.5.3.4 Tanque de presin

El agua en este punto de la trayectoria, tiende a estar en reposo, tiene la

finalidad de almacenar la mayor cantidad de agua posible, garantizando

que no ingresen burbujas a la tubera de presin, ya que esto permitir el

ptimo arranque del grupo turbina generador y evitar el golpe de ariete de

cierto de modo.

1.5.3.5 Aliviadero

Es una compuerta, la cual permitir, eliminar el exceso de agua, cuando el

tanque de presin llegue a su volumen mximo. Regresando el exceso de

volumen de agua a su cauce natural.

1.5.3.6 Tubera de presin

Su funcin es conducir el caudal, hasta la turbina, debe ser tubera de

presin y estar perfilada, para soportar la presin generada por el volumen

de agua, para el cual, est diseada la turbina; adems debe soportar la

dilatacin que ocurre por variacin de temperatura.

25

1.5.3.7 Casa de mquinas

Se la denomina as, ya que se encuentra, la turbina y el generador,

elementos encargados de convertir la energa hidrulica en energa

mecnica, y mediante un sistema de poleas conectadas desde la turbina al

generador convertir la energa mecnica en energa elctrica. Y

posteriormente mediante un sistema de lneas de transmisin llevarlas al

consumidor.

1.5.3.8 Otros elementos

Vlvulas, reguladores, volante, tablero de medida y protecciones,

subestacin, barraje, etc. (Ortiz, 2001) (Briseo, 2008)

26

CAPTULO II

2. METODOS Y TCNICAS

2.1 METODOS:

En el presente proyecto de tesis, el Capitulo I est desarrollado mediante el

mtodo deductivo, porque va de lo general a lo particular; es decir se empleo

informacin general de distintas turbinas para seleccionar solo un tipo de turbina

adecuada apara este proyecto , adems sinttico-analtico, porque se ha unificado

diversos elementos de forma racional en una nueva totalidad, para establecer una

explicacin de la informacin necesaria e importante para desarrollo de la pico

central de generacin elctrica, ya que, se ha extrado informacin generalizada,

derivada del conocimiento experimental, como: la transformacin de la energa,

energa a partir del agua, que explica el fundamento de la conversin de la energa

potencial, en energa cintica y esta a su vez en energa mecnica y

posteriormente a energa elctrica mediante un generador.

Adems se ha empleado el mtodo de investigacin bibliogrfico, utilizando

libros, artculos, anexos, tesis de universidades tanto en bibliotecas como en la

web, que han servido como gua de recopilacin de informacin para el Capitulo

I.

El proyecto inici aplicando un diseo de campo, que sirve para la recoleccin de

informacin datos primarios recogidos a travs de dos tcnicas muy importantes

en el campo de la investigacin, como son: la entrevista y la observacin, ya que

la entrevista es un reportaje verbal que se lo hizo al presidente del Sector

27

Pansachi Ing. Javier Espn, con el fin de obtener informacin del la falta de

energa elctrica en su sector, como tambin una reunin con todo los miembros

de la asociacin.

La observacin del sector se la realiz posteriormente para reafirmar de una

manera ms directa el problema energtico del sector, ya que el objetivo principal

fue observar directamente el lugar de estudio, combinar tcnicas a la vez, que

permitan comprobar la veracidad o falsedad de las respuestas al momento de la

entrevista.

Aplicando un tipo de investigacin bibliogrfico, empleando libros que podemos

encontrar en bibliotecas o en la web. El siguiente paso fue estructurar, el mtodo

cientfico que permite seguir esquemticamente, el proceso de la investigacin,

analizando y detallando el problema, objetivos, hiptesis, variables,

procesamiento de datos, y la pertinencia de incluir una propuesta de investigacin,

defendiendo previamente el anteproyecto. Se utiliz instrumentos tcnicos que

constituyen elementos que permiten obtener y manejar de una mejor manera la

investigacin de campo, entre estos podemos a notar, cuadernos, aparatos, libros

de registros y otros.

Para realizar el captulo II se ha empleado la investigacin de campo, la cual se

apoya en informaciones que provienen de la aplicacin de tcnicas, tales como:

entrevistas, cuestionarios, encuestas y observaciones. Para este caso se utiliz una

entrevista al Presidente de la Asociacin de moradores del sector, al Ing. Javier

Espn.

Para determinar la demanda energtica el tipo de investigacin que se aplico es

causi-experimental que nos permite estudiar las relaciones causa-efecto, se

concluye que la demanda energtica es de 3 KW, es necesario una altura de 11

metros de salto neto y 50 litros/segundo, para alcanzar la potencia mxima de

generacin y segn el diagrama de seleccin de turbina y el rango de aplicacin se

28

llega a establecer que la turbina Michell-Banki es la adecuada para estos

parmetros,

A la vez se ha realizado varias visitas al sitio, comprobando mediante la

observacin y toma de datos de dicho sector, se comprueba la falta de una turbina

hidrulica que proporcione energa elctrica, siempre y cuando este dentro de los

parmetros de demanda energtico del Sector Pansachi, El Moro, Cuchitingue,

Parroquia Alquez, Provincia de Cotopaxi.

En el captulo III se uso el anlisis de las teoras de diseo para construir la pico

central de generacin elctrica en base a los clculos. Adems se ha utilizado una

investigacin aplicada, tambin llamada utilitaria, que plantea problemas

concretos como es la falta de energa elctrica que requieren soluciones

inmediatas, e igual de especificas , con el fin de llevar las teoras generales a la

prctica, resolviendo necesidades de la sociedad.

Para la identificacin de la turbina se utiliz el mtodo deductivo, ya que recopila

informacin general de todos los tipos de turbinas hidrulicas y la seleccin

particular para este proyecto es la turbina Michell-Banki empleada para pequeos

caudales y pequeas alturas, que cumple con la potencia de generacin apropiada

para alcanzar 3 KW, necesario para la demanda mxima del sector.

Adems, se emplea el mtodo analtico, que consiste en descomponer el objeto de

estudio, separndolos por partes, para estudiarlas de manera individual, es lo que

se ha desarrollado, al momento del diseo, donde cada parte de la turbina Michell-

Banki, fue analizada y calculada para determinar los valores de diseo de la pico

central de generacin elctrica.

29

2.2 TCNICAS:

En el captulo I, se aplic la tcnica documental, ya que esta permite obtener

informacin de fuentes bibliogrficas, de documentos que ya fueron elaborados,

como son anexos, libros, artculos, folletos, etc.

En el captulo II, se aplic la tcnica de observacin directa, ya que nos permite,

afirmar aseveraciones, con nuestro objeto de estudio, adems de la tcnica

documental, que por medio de esta tcnica podemos recopilar informacin de

manera escrita.

En el captulo III, se aplic la tcnica de la entrevista, documental, la observacin

directa, ya que, mediante la tcnica de la entrevista, se pudo establecer en valores

la realidad del lugar, determinando la demanda energtica del sector.

Posteriormente, la documental, basada en documentos bibliogrficos, se pudo

determinar las frmulas necesarias para el diseo de la pico central de generacin

elctrica; y la observacin directa, para la construccin y pruebas de

funcionamiento.

2.3 INSTRUMENTOS

Para el captulo I, se aplic instrumentos de investigacin de campo, tales como:

Bibliotecas, web, computadoras, flash memory, CDs, apuntes en cuadernos,

notas de registro, copias de libros, fichas bibligrficas, fotos, etc.

Para el captulo II, se aplic los siguientes instrumentos como son: libros,

bibliotecas, web, computadoras, flash memory, apuntes en cuadernos, notas de

registro, copias de libros, etc.

30

Para el captulo III, se aplic los siguientes instrumentos tales como: software

para clculos matemticos y Autocad para el diseo, calculadoras, esferos,

lpices, borradores, libros, bibliotecas, web, computadoras, flash memory, apuntes

en cuadernos, notas de registro, copias de libros, y taller mecnico para su

construccin, etc.

2.4 PROCEDIMIENTOS PARA LEVANTAMIENTO DE LA

INFORMACIN:

1. Entrevista al presidente del Sector Pansachi, para determinar la demanda

energtica.

2. Observacin directa al lugar.

2.1 Medicin del caudal empleando el mtodo del recipiente.

2.2 Medicin de la altura mediante el mtodo del GPS.

3. Elaboracin los objetivos, hiptesis, variables, etc.

4. Recopilacin de informacin para el Marco terico

5. Identificar los tipos, mtodos, tcnicas e instrumentos aplicados en la

investigacin.

6. Identificar parmetros de diseo, como son la altura neta, y el caudal segn

la demanda energtica.

7. Seleccin de la turbina hidrulica

8. Diseo de las partes de la Turbina Michell-Banki.

9. Confirmacin de clculos antes de proceder a la construccin.

10. Construccin de las partes, se detalla a continuacin:

10.1 Chapas metlicas para el rodete.

10.2 Eje del rodete

10.3 labes de la turbina

10.4 Base y carcasa de la turbina

10.5 Inyector

10.6 Voluta

10.7 Tubo de ingreso

31

10.8 Carcasa o cubierta metlica para el generador.

11. Armado de la pico central, se ha empleado la siguiente secuencia:

11.1 Soldado de las chapas al eje del rotor.

11.2 Soldado de los labes a las chapas del rotor.

11.3 Soldado de las partes de la carcasa

11.4 Soldado de las partes de la base.

11.5 Colocacin de chumaceras en la carcasa.

11.6 Acoplar el generador a la base, con su respectiva cubierta metlica.

11.7 Balanceo del rodete. (Anexo 27,28)

11.8 Encajar el rodete dentro de la carcasa.

11.9 Ensamblaje del inyector y la tubera de entrada de la turbina.

11.10 Colocacin de poleas y bandas

12. Pruebas de funcionamiento (Anexos 29,30)

13. Pintado de la turbina

14. Conclusiones y recomendaciones

32

CAPTULO III

3. DISEO Y CONSTRUCCIN

3.1 MEDICIN Y DETERMINACIN DE LOS PARMETROS DE

DISEO

Para el diseo, de este proyecto es necesario determinar los siguientes

parmetros:

3.1.1 RESULTADOS DE LA ENTREVISTA

Tabla 3.0 Resultados de la entrevista (demanda energtica)

Entrevista Datos

Nmero de Usuarios 10

Artefactos que pudiera usar cada

usuario

Radio, televisin, 4 focos

Horario de uso de energa elctrica 6 pm a 9 pm

Estimacin de carga mxima por

usuario

300 watts

Demanda mxima 3000 Watts

Elaborado: por los autores

33

Empleando el tipo de investigacin causi-experimental que nos permite estudiar

las relaciones causa-efecto, se concluye que la demanda energtica es de 3 KW, es

necesario una altura de 11 metros de salto neto y 50 litros/segundo, para alcanzar

la potencia mxima de generacin y segn el diagrama de seleccin de turbina y

el rango de aplicacin se llega a establecer que la turbina Michell-Banki es la

adecuada para estos parmetros,

A la vez se ha realizado varias visitas al sitio, comprobando mediante la

observacin y toma de datos de dicho sector, se comprueba la falta de una turbina

hidrulica que proporcione energa elctrica, siempre y cuando este dentro de los

parmetros de demanda energtico del Sector Pansachi, El Moro, Cuchitingue,

Parroquia Alquez, Provincia de Cotopaxi

3.1.2 Medicin del caudal

Para determinar el caudal, se emple el mtodo de recipiente, detallndose

a continuacin, las siguientes mediciones: como se muestra en la tabla 3.1.

Tabla 3.1 Mediciones de tiempo para determinar el caudal existente

Numero de mediciones Tiempo (s)

T1 2.06

T2 2.20

T3 2.16

T4 1.83

T5 1.81


34

Se obtiene un promedio en el tiempo de llenado del recipiente de: 2.01seg.

Para la realizacin de estas mediciones se us, un recipiente de 10 Litros,

comprobndose que el caudal disponible es de 5L/seg, por ello, es

necesario, un sistema de captacin de agua. Para los dems clculos se

utilizar como dato Q=50L/seg=0.050m3/s, ya que, ser el caudal

empleado para el trabajo de la turbina.

3.1.3 Mtodo del GPS

Figura 3.1 Ubicacin de los Puntos GPS del Proyecto


35

Mediante un GPS se determin la ubicacin exacta del sector, que permite

establecer los datos necesarios para la determinacin de la altura o salto y

la longitud de las tuberas. Como se detalla en la figura 3.1

3.1.5 Medicin del salto o altura bruta

La medicin debe ser hecha desde la cada de agua de mayor

prolongacin, para tener mayor potencia de generacin, la medicin

pueden ser hecha mediante mtodos tales como: mtodo de manguera de

nivelacin, mtodo de manguera y manmetro, mtodo de nivel de

carpintero y tablas, mtodo de altmetro, mtodo de eclmetro, mtodo de

nivel del Ingeniero. (Sanz, 2008) (Balairn, 2002)

Adems, dicha altura es el salto que tiene el agua desde el punto ms alto

del tanque hasta la turbina, sin considerar prdidas. La altura bruta est

determinada mediante los puntos de ubicacin de la altitud del Tanque y el

cuarto de mquinas, donde se ubicar la Turbina Michell -Banki, por ello

determin que la atura bruta es igual a:

(3.1)

3.1.6 Longitud de la tubera de cemento

La longitud de la tubera de cemento, va desde el punto del tanque hasta

la tubera de presin, esta se conectar a la Turbina Michell-Banki.

Resolviendo se tiene, la siguiente longitud:

36

L(tub-cem) = (3.2)

L(tub-cem)

=

L(tub-cem) =

L(tub-cem) =

L(tub-cem) =94.22m

3.1.6 Longitud de la tubera de presin

La longitud de la tubera de presin, va desde el punto ms alto de

quebrada hasta el cuarto de mquinas que se conectar a la Turbina

Michell-Banki. Resolviendo se tiene que:

L(tub-presn) = (3.2.1)

Ltub-

presn=

L(tub- presn) =

L(tub- presn) =

L(tub- pren) =11.18m

3.1.7 Clculo del dimetro interior de la tubera de presin

Su funcin es captar el agua en la base de la cmara de carga y conducirla

hacia la turbina, convirtiendo la energa potencial en energa cintica, que

37

al llegar al rodete de la turbina se transforma en energa mecnica; que a

su vez, mediante un sistema de transmisin de bandas y poleas acoplado a

un generador, proporcionan electricidad. La tubera de presin es el

elemento primordial de las obras de derivacin. Para determinar el

dimetro interno de la tubera de presin se emplea la siguiente frmula:

(Harper, 1982)

Di=

(3.3)

Donde:

Di= Dimetro interno de la tubera de presin (m)

= Caudal (m3/s)

m

No es valor de tubera comercial, por ello, se selecciona una tubera de

dimetro 6 pulgadas.

3.1.8 Clculo de la Velocidad de circulacin del agua en la Tubera

(Alonso, 1980)

El clculo de la velocidad est basado en la siguiente frmula:

(3.4)

38

(3.5)

Pero se tiene que:

(3.6)

Por ende, se realiza el siguiente reemplazo, obteniendo la frmula:

(3.7)

3.1.9 Clculo de las prdidas de Friccin en la Tubera de Presin

En el transporte de un fluido se generan prdidas de energa, por lo

general, a causa de rozamiento, entre el fluido y las paredes de la tubera.

Para calcular las prdidas de carga que se producen en la tubera de

presin, se emplea la siguiente frmula:

(Harper, 1982)

(3.8)

39

Donde:

L = Longitud de la tubera de presin (m)

D = Dimetro de la tubera de presin (m)

V = Velocidad media en la tubera de presin. (m /seg.)

= Prdidas por friccin (m)

f = Factor de friccin del material.

g = Es la constante de gravitacin. (9.8 )

3.1.10 Determinacin de la altura neta

.

La altura neta (Hn) consiste en restar la altura bruta y las prdidas de

carga o friccin, que se producen por el rozamiento del agua con las

paredes de la tubera de presin. Se emplea la siguiente frmula (Sanz,

2008):

(3.9)

40

3.2 CRITERIOS DE SELECCIN

3.2.1 Seleccin de la turbina

La seleccin de la turbina est hecha en base al siguiente diagrama de

empleo de las diferentes turbinas, segn el caudal y la altura en l as cuales

pueden ser utilizadas. Como se muestra en la figura3.2

Figura 3.2 Diagrama de seleccin de Turbinas

Fuente: II Curso Internacional de Especializacin de Micro y Mini

Centrales Elctricas

41

Segn este el diagrama para:

Caudal.. Q=50L/s=0.050m3/s

Altura neta.. Hn= 11m

La opcin indicada es una Turbina Michell Banki, ya que sus

caractersticas permite generar la potencia apropiada para el Sector

Pansachi, El Moro, Cuchitingue, Parroquia Alquez, Provincia de Cotopaxi.

Confirmndose la seleccin con el siguiente diagrama. Como se muestra en la

figura 3.3 (Olade, 1995):

Figura 3.3 Diagrama de seleccon de Turbinas OLADE

Fuente: Manual de Diseo y Estandarizacin OLADE

42

Donde:

P= Turbina Pelton

M=Turbina Michell-Banki

F=Turbina Francis

A=Trubina Axial

Adems presenta bajos costos de mantenimiento y construccin, dndose la

seleccin adecuada para este proyecto. Cabe agregar la seleccin de dicha turbina

tambin est basada en la eficiencia que presenta la turbina Michell-Banki con

respecto a la Potencia de generacin a carga parcial. Como se muestra en la figura

3.4 (Olade, 1995).

Figura 3.4 Eficiencia a carga parcial de las turbinas


43

3.2.2 Seleccin del generador

Figura 3.5 Generador del Proyecto


(Harper, 1983)

Figura 3.6 Caractersticas tcnicas del Generador del proyecto


44

Para la seleccin del generador es necesario, las especificaciones tcnicas

que se detalla a continuacin:

Serial No: 70180256

Modelo No: PM0563503

Potencia: 3.0 KW

RPM: 3600

Voltaje AC: 120V / 240V

Corriente: 25A /12.5A

Frecuencia: 60 Hz

Factor de Potencia: 1

Temperatura de Trabajo: 40C

Cumpliendo con los requerimientos actuales del Sector Pansachi, El Moro,

Cuchitingue, Parroquia Alquez, Provincia de Cotopaxi y con proyeccin a

crecimiento energtico. Por fenmenos existentes en la Turbinas que se no pueden

controlar y pudieran darse en el transcurso del funcionamiento de la turbina, que

disminuyan la potencia del generador, se tomar la Potencia del Generador de 2.5

KW, para clculos de diseo, es decir, se prev una disminucin de potencia del

16.67%.

3.3 DISEO HIDRULICO, MECNICO Y ELCTRICO DE LA

TURBINA

La seleccin determina que la turbina Michell-Banki es la correcta y

apropiada, por ello a continuacin se detalla los clculos de dicha turbina:

3.3.1 CLCULOS DE LA TURBINA MICHELL BANKI

La energa del agua que ingresa a la turbina, es transferida al rotor en dos

etapas:

45

1era etapa.- entrega un 70% de la energa total transferida al rotor .

2da etapa.- entrega el 30% restante de la energa total. Como se

muestra en la figura 3.7

Figura 3.7 Representacin grfica de las etapas en una turbina Michell -

Banki


46

(3.10)

3.3.1.1.- RESOLUCIN DEL TRINGULO DE VELOCIDADES A

LA ENTRADA DEL ROTOR

(Potess, 1971) (Olade, 1995)

Figura 3.8 Diagrama de Velocidad en el Rotor de la Turbina Michell

Banki


47

Figura 3.9 Representacin grafica de las velocidades a la entrada del

Rotor


Mediciones empricas se toma que =30

Sonnek (1923), modific la teora de Banki asumiendo un ngulo

constante e igual a 30, con lo que da la expresin del rendimiento

mximo es:

Resolviendo el tringulo de velocidades tenemos:

(3.11)

49

3.3.1.2.- VELOCIDAD DEL INYECTOR

Figura 3.10 Perfiles de Inyectores para Turbinas Michell -Banki


50

(Olade, 1995)

: es un valor determinado de forma experimental, para

el diseo Kc=0.98

(3.12)

(3.13)

(3.14)

(3.15)

51

RESUMEN DEL TRINGULO DE VELOCIDADES

1. Velocidad Absoluta (C1) ........................................................... 14.40m/s

2. Velocidad Relativa (W1)............................................................ 7.98m/s

3. Velocidad Tangencial (U1) ........................................................ 6.91m/s

4. Velocidad Meridiana (Cm1) ...................................................... 4.00m/s

3.3.1.3.- SELECCIN DEL DIMETRO DEL ROTOR O RODETE

Figura 3.11 Perfil del Rodete


52

Para ello empleamos la siguiente frmula:

Teniendo en cuenta la siguiente tabla de estandarizacin:

(8avo Congreso Liberoamericano de Ingeniera Mecnico de

Metodologa de diseo Hidraulico y Mecancio de una Turbina Michell -

Banki, 2007) (8avo Congreso Liberoamericano de Ingeniera Mecnico

de Metodologa de diseo Hidraulico y Mecancio de una Turbina

Michell-Banki, 2007)

Tabla 3.2 Seleccin del Rodete

Dimetro del rotor(mm)

0.02236-0.04743

0.04743-0.07906

0.07906-0.11068

0.07906-0.15812

200

300

400

500

Fuente: INE (1986)

Dividiendo tenemos:

Sel=seleccin

0.0150: este valor est por debajo de los valores de la tabla, ya que; el

dimetro de esta mquina no depende del caudal, es por ello, que se toma

el valor de 200mm (valor mnimo de la tabla de estandarizacin)

De=200mm

(3.16)

53

3.3.1.4.- DIMETRO INTERIOR DEL ROTOR



Banki, 2007) (Olade, 1995)

3.3.1.5.- DIMETRO MXIMO DEL EJE DEL ROTOR

3.3.1.6.-NMERO PTIMO DE REVOLUCIONES DE LA TURBINA

MICHELL BANKI

Otro parmetro necesario para el Diseo de la Turbina Michell-Banki, es

determinar el nmero ptimo de revoluciones, a las que deber operar la

turbina, para ello se emplea la siguiente frmula:

(Olade, 1995)

En donde:

(3.17)

(3.18)

(3.19)

54

N: Numero de revoluciones optimas (RPM)

De: Dimetro exterior del rodete (m)

H: Salto neto aprovechable (m)

A este nmero de revoluciones tambin se las puede encontrar como:

VELOCIDAD DE GIRO DE LA TURBINA

VELOCIDAD NOMINAL DE ROTACIN.

Para determinar su valor, podemos emplear las siguientes dos ecuaciones,

respectivamente:

Velocidad de giro de la turbina Velocidad nominal de rotacin

Obtenemos un promedio de

Aproximado:

(3.21) (3.20)

55

3.3.1.7.- VELOCIDAD DE EMBALAMIENTO

Para turbinas Michell-Banki se tiene que es 1.8 veces la velocidad

nominal de la turbina, por ello, se halla la velocidad de embalamiento

empleando la siguiente frmula:

3.3.1.8.- POTENCIA AL FRENO DE LA TURBINA

Se la obtiene con la siguiente frmula:

Donde:

Pg: Potencia mxima que el generador entrega al sistema elctrico.

ng: eficiencia del generador

ntr: eficiencia de la transmisin mecnica utilizado entre la turbina y el

generador.

Pg= 2.5KW

ng:0.90

ntr:0.85

(3.22)

(3.23)

56

(Olade, 1995) (Sanz, 2008)

3.3.1.9.- NMEROS ESPECFICOS DE REVOLUCIONES Nq Y Ns

Estos nmeros de revoluciones Nq y Ns definen el Rango de Aplicacin de

las diferentes turbinas hidrulicas.

Donde:

P: Potencia al freno de la turbina (C.V.)

Q: caudal mximo que fluye por la turbina (m3/s)

H: Salto neto de la central (m)

N: velocidad de giro de la turbina (RPM)

(Olade, 1995)

Para determinar Nq y Ns tomaremos a N=660.84 RPM, que es el Nmero

ptimo de Revoluciones de la Turbina.

(3.25) (3.24)

57

La siguiente tabla muestra el rango de aplicacin de las diferentes turbinas

hidrulicas. En particular el rango de la Turbina Michel l-Banki, est

definido a limitaciones de diseo mecnico en el lmite superior y

eficiencia en su rango inferior. Como se muestra en la tabla 3.3.

Tabla 3.3 Rango de aplicacin de las Turbinas Hidrulicas

TIPO DE TURBINA Nq Ns

Pelton de 1 Tobera Hasta 9 Hasta 30

Pelton de 2 Toberas 4-13 14-42

Pelton de 3 Toberas o ms 5-22 17-73

Michell-Banki 18-60 60-200

Francis Lenta 18-38 39-125

Francis Normal 38-68 125-225

Francis Rpida 68-135 225-450

Axiales 105-300 350-1000


(Olade, 1995)

Como se puede observar:

Nq= 24.46 RPM, est en el rango de Nq=18-60 y

Ns= 69.59 RPM, est en el rango de Ns= 60-200

58

Rangos pertenecientes al Rango de Aplicacin de la Turbina Hidrulica

Michell-Banki, por ello, una justificacin primordial para su construccin

para este proyecto de tesis.

3.3.1.10.- SELECCIN DEL NMERO DE ALABES

Para ello empleamos la siguiente tabla 3.4:

Tabla 3.4 Seleccin de labes

Dimetro del rotor (D) Numero de labes (Z)

200

300

400

500

22

24

26

28

Fuente: INE (1986)

De acuerdo a la tabla.- NUMERO DE LABES (Z)= 22 LABES

3.3.1.11.- SELECCIN DEL ESPESOR DE LOS LABES DEL

ROTOR

Para facilitar la construccin de los labes, algunos fabricantes utilizan

tuberas comerciales de acero al carbono. Estas al ser cortadas, forman un

arco de circunferencia; para ello, la siguiente tabla muestra los dimetros

de tuberas recomendados. Como se muestra en la tabla 3.5.

59

Tabla 3.5 Seleccin del espesor de los labes del rotor

ROTOR TUBERA

Dimetro

(mm)

Dimetro

(mm)

Espesor

(mm)

Peso

(kgf/m)

200

300

400

500

2.5

4

5

6

5.16

6.02

6.55

7.11

8.62

16.07

21.78

28.26

Fuente: INE (1986)

Figura 3.12 Seccin Transversal de un labe del Rotor


Segn la tabla 3.5 se determina que: ESPESOR=5.16mm

60

3.3.1.12.- DIMETRO MXIMO PERMITIDO EN EL EJE LABE

DIRECTRIZ

Tabla 3.6 Dimetro Mximo Permitido en el eje labe Directriz

De(mm) di(mm)

200

300

400

500

600

26

38

50

63

76

Fuente: INE (1986)

De acuerdo a la tabla 3.6:

El dimetro mximo permitido en el eje labe directriz es, di=26mm

3.3.1.13.- ARCO ADMISIN

Donde:

La= Arco de admisin (m)

e= Espesor del labe (m)

D=Dimetro del Rotor (m)

Z= Numero de labes

Za=Numero de labes en la Admisin

(3.26)

61

Xz: es la relacin entre el nmero de labes de la admisin (Za) y el nmero de

labes totales (Z)

Para el diseo se emplea:

Figura 3.13 Arco de trabajo de un rodete Michell-Banki con arco de

admisin 1/3


(3.27)

62

3.3.1.14.-NGULO DE ADMISIN

3.3.1.15.-REA DE ADMISIN

(3.28)

(3.29)

63

3.3.1.16.- ANCHO DEL ROTOR

Para determinar su valor, se puede emplear las siguientes frmulas:

(Olade, 1995)

Donde:

Q=Caudal (0.050m3/s)

Z=numero de labes (22 labes)

Kc=0.98

H=altura neta (11m)

De= dimetro exterior (0.200m)

=16.10

C1: Velocidad Absoluta (14.40m/s)

Za=Numero de labes en la Admisin (2.75)

Xz: es la relacin entre el nmero de labes de la admisin (Za) y el nmero de

labes totales (Z) (0.125)

(3.30)

(3.31)

(3.32)

64

Aproximado: 159.40mm

3.3.1.17.- ANCHO DEL INYECTOR

Figura 3.14 Inyector de la Turbina Michell-Banki


65

Para el ancho del inyector encontramos algunas frmulas que no coinciden

en el resultado, como las siguientes:

(Olade, 1995)

Donde:


e= espesor del labe (0.00516m)

Z=numero de labes (22 labes)

=ngulo de admisin ( )

K=0.98

g= gravedad (9.8m/s2)

H=altura neta (11m)


=16.10

(3.33)

(3.34)

66

Formula prctica para determinar el ancho del inyector:

Donde:



H=altura neta (11m)

Para resolver esta discrepancia de valores, entre estas frmulas anteriores,

se debe apoyar en las frmulas del Rodete o Rotor, donde sus valores

coinciden con un aproximado de centsimas y en la relacin ancho del

Rotor y ancho del Inyector; que consiste en lo siguiente: El ancho del

Rotor se construye 20% a 40% mayor que el ancho del inyector, para ello

se emplea la siguiente frmula:

Bi= 122.62mm sea el caso para la capacidad total de la turbina para el

ancho total del rotor, pero, el diseo de la Turbina Michell-Banki permite

que esta trabaje a los 2/3 y 1/3 de la capacidad de dicha turbina, se divide

(3.35)

67

el ancho del Rotor, quedando dos partes. La relacin entre estas partes es

que la una es el doble de la otra, quedando de la siguiente forma:

Ancho del 1/3 de la capacidad de la turbina:

Ancho del 2/3 de la capacidad de la turbina:

Con estos datos, se calcula el ancho de los inyectores para la turbina, para

la 1/3 de la capacidad y 2/3 de la capacidad de la turbina.

Inyector 1/3 de la capacidad Inyector 2/3 de la capacidad

68

Figura 3.15 Dimensiones de los inyectores a 1/3 y 2/3


Esta es una de las caractersticas principales de la Turbina Michell-Banki,

que le permite funcionar, ya sea, a un 1/3, 2/3 o a capacidad total, sin

bajar en su eficiencia como Turbina Hidrulica, como se puede observar

en la siguiente figura 3.16:

Figura 3.16 Diagrama de Eficiencia Al 1/3, 2/3 O Capacidad Total


69

3.3.1.18.- RAZN DE ASPECTO

Esta relacin expresa que proporcin hay entre el ancho del rotor y el

dimetro exterior del mismo, este valor debe estar comprendido entre 0.5 a

3.5

3.3.1.19.- PASO ENTRE LABES

3.3.1.20.- NMERO DE LABES QUE RECIBEN EL FLUJO DE

AGUA

Donde:

Z= nmero de labes

= ngulo de admisin del rotor ( )

(3.36)

(3.37)

(3.38)

70

3.3.1.21.- CAUDAL QUE INGRESA A UN LABE

3.3.1.22.- POTENCIA

Donde:

=Potencia (watt)

=9800 (Peso especifico del agua Kg/m3)

Q=0.050 (Caudal m3/s)

H=11 (Altura m)

n= 0.60 (Eficiencia de la turbina)

(3.39)

(3.40)

71

(Sanz, 2008)

Tomando como supuesto que la eficiencia de la turbina fuera de 100%; es

decir igual a 1.0, la potencia la turbina sera:

Basndose en la eficiencia de la turbinas a carga parcial, la turbina

Michell-Banki alcanza una eficiencia o rendimiento mximo del 85.82%,

as que se tendra una potencia igual a:

Es decir la potencia de dicha turbina cubre con las necesidades actuales, y

tiene una proyeccin a crecimiento energtico del sector.

3.3.1.23.- DETERMINACIN DE LA ECUACIN DE LA CURVA

QUE PRESENTA LA VOLUTA

(3.41)

72



Banki, 2007)

Donde:

R=radio del rotor

B=159.40mm=0.15940m

Q=0.050m3/s

Reemplazando, datos en la ecuacin de la espiral:

(3.43)

(3.42)

73

(m)

(mm)

Figura 3.17 Representacin de la curva que presenta la voluta


La altura del envolvente en cada punto, se calcula con la siguiente

frmula:

74

-R

-R

(m)

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T-UTC-0943