parametros de triangulo

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    04-Jul-2015
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Indice 1. Introduccin. 2. Desarrollo. 3. Bibliografa. 1. Introduccin. Actualmente es necesario desarrollar la construccin de turbinas para el aprovechamiento de pequeos saltos hidrulicos, por lo cual se requiere que las mismas sean capaces de transformar eficientemente la energa cintica del agua en energa mecnica. A nivel internacional existe la tendencia a realizar diseos cada vez ms eficientes con el uso de sistemas computacionales que permiten simular las condiciones de trabajo bajo las cuales trabajar el equipo. No obstante a el alto nivel alcanzado en este campo es fundamental tambin tener en cuenta que cuando se efecta el diseo de una turbomquina se deben tener en cuenta una serie de parmetros que influyen de una forma u otra sobre el funcionamiento de una turbina. Algunos de estos factores estn relacionados con la instalacin y explotacin del equipo y otros con el diseo hidrulico de las partes que lo componen. Es conocido que a veces la obtencin de potencia es ms importante que una razonable prdida en la eficiencia, no obstante cuando se realiza el diseo siempre se trata de tener en cuenta las recomendaciones existentes para que las prdidas que ocurran dentro de la turbina sean minimizadas. Es por esto que se hace necesario exponer con claridad la influencia que tienen estos parmetros sobre la eficiencia y como se puede minimizar la ocurrencia prdidas durante el funcionamiento de una turbina. 2. Desarrollo. 1. Altura Efectiva. Segn [17].

La formula anterior representa la expresin general de la altura efectiva aprovechada por una Turbina Axial. Desde el punto de vista de la eficiencia hidrulica, es muy importante que para el valor de (H), el valor de la altura efectiva (He) sea mximo, consiguindose este efecto cuando el agua abandona el rodete axialmente, es decir, cuando 2= 90. Lo cual se traduce en una m xima eficiencia hidr ulica. Entonces para estas condiciones [17]:

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Donde: Va: Velocidad absoluta. u: Velocidad tangencial. V1u: Componente tangencial de la velocidad de agua a la entrada. El valor mximo de eficiencia hidrulica: 3 4 5 Donde: h: Eficiencia hidr ulica. Ku: Coeficiente de velocidad tangencial. Ka: Coeficiente de la velocidad absoluta axial. 2. Perfil de los labes del rodete. Segn [17] la informacin de los labes del rodete depende del ngulo de entrada ( 1) y del ngulo de salida ( 2). El ngulo ( 1) var a con el radio ya que la cotangente de dicho ngulo depende slo de (Ku), si consideramos que el ( h) y (Ka) son constantes y que (Ku) vara con la velocidad (u) entonces el ngulo ( 1) aumenta ms en el extremo de los labes. Esta condicin obliga a que los labes tanto del rotor como del distribuidor sean torcidos lo cual introduce un problema del tipo tecnolgico en el distribuidor consistente en conseguir el sellado hermtico de los labes en la posicin de cerrado. Por lo que se prefiere la alternativa de construir distribuidores de labes rectos a pesar de que esto significa una ligera disminucin en la eficiencia. Ya que tratndose de unidades de Pequeas Centrales Hidroelctricas (PCH), la obtencin de potencia es ms importante que una razonable prdida de eficiencia hidrulica en las Turbinas. Una vez decidido que los labes del distribuidor sean rectos, la longitud del labe de la raz al extremo, y, en consecuencia, la velocidad absoluta (V1) tambin permanece constante en toda la seccin [17]. El valor de 1 para los puntos que no son de di metro medio debe ser calculado a partir de la ecuaci n 2.3.1. As se consigue fijar las caractersticas de flujo a la entrada y a la salida del rodete, debiendo enfocar el problema del efecto del agua sobre los labes del rodete, sobre la base de emplear un mismo tipo de perfil para todas las secciones del labe para as definir el perfil de los labes correspondiente a cada dimetro y adems es factible observar la configuracin total del labe desde la ra hasta el extremo. El ngulo de posicin 1 interviene en la estimacin del ngulo de ataque mediante un proceso de tanteo y este a su vez en el clculo del coeficiente de empuje para los labes aislados (CL): El cual se calcula a travs de la siguiente frmula:

6 Donde: CL: Coeficiente de empuje de los labes aislados. : Solidez de la cascada. : Coeficiente de altura. : Relacin entre las velocidades Va y u. KL: Coeficientes de efecto de cascada. : Angulo formado entre las fuerzas P y A. Siendo: 7

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9 El valor del ngulo de posicin interviene en la estimacin del ngulo de ataque mediante un proceso de tanteo y ste ltimo a su vez en el clculo de CL. El valor de (CL) y el de ( ) ( ngulo formado por las fuerza de empuje y la fuerza ascensorial) dependen del tipo de perfil usado para el labe. (CL) suele ser (0.092 - 0.1) veces el valor de en grados y ( ) suele tener mas o menos el valor de 1. En este sentido se debe decidir que tipo de perfil es el m s conveniente tratndose de obtener el menor valor de ( ) el cual es el ngulo de planeo para as optimizar el diseo. No obstante es recomendable que el valor del coeficiente de empuje sea calculado teniendo en cuanta lo planteado por Pfleiderel [19] para el clculo del mismo ya que el valor de este coeficiente depende como se mencion antes del tipo de perfil y adems para cada perfil existe una formula que nos permite obtener el valor del coeficiente, acercndose de esta manera al valor real que tiene este parmetro dentro de los clculos hidrulicos, lo que hace que la metodologa sea ms fiable y sus resultados se acerquen ms al comportamiento real de la turbina. En el caso de algunos perfiles de los catlogos de la Gottingen existen las siguientes relaciones para el clculo de los Coeficientes de empuje de dichos perfiles. La relacin que existe entre el coeficiente de empuje y el ngulo de ataque. a) Para los perfiles 428, 682, 364 y 480.

10 b) Para los perfiles 408, 490, 436 y 387.

11 c) Para los perfiles 622, 623, 624 y 384.

12 d) Para los perfiles 608, 609 y 610.

13 e) Para el perfil Munk 6.

15 donde: d: es el espesor mximo del perfil f) Para el perfil NACA 23,012.

16 g) Para los perfiles simtricos (443). 17 El perfil tericamente puede ser arbitrario, sin embargo, hay que procurar que las prdidas sean mnimas. Dentro de este aspecto es importante tener en cuenta la influencia que tiene el clculo del rendimiento manomtrico, el cual esta muy relacionado con el perfil seleccionado para ser utilizado en una turbomquina. Adems de que el mismo permite determinar si es necesario incrementar o disminuir el espesor del perfil en determinadas zonas del rodete. Segn [22], para conocer si es necesario variar el espesor del perfil seleccionado es que se propone que se implemente el clculo del rendimiento manomtrico, ya que el mismo depende de factores que estn relacionados con esta seleccin y debe ser comparado con el rendimiento del rodete calculado para de esta manera conocer el factor por el cual debe se afectado el espesor del perfil en funcin de garantizar un mayor aprovechamiento de la energa que tiene el fluido al llegar al rodete de la turbina.

El clculo del rendimiento manomtrico se realiza de acuerdo a la ecuacin 18 segn [22], la cual se expone a continuacin.

18 Siendo:

19 Donde: : Coeficiente de la velocidad relativa media. : Coeficiente de empuje o ascensorial. : Rendimiento manomtrico real del rodete. Entonces se establece la siguiente relacin:

20 Esta relacin indica en que por ciento es que debe aumentarse o disminuirse el valor de , lo cual es lo mismo que aumentar o disminuir en ese mismo por ciento el espesor del labe. Clculo del rendimiento del rodete. Segn [16, 17]

21 3. Perfil de los labes del distribuidor. Para las turbinas axiales existen tres tipos de distribuidores: el cilndrico, el cnico y el axial. De estos, el ltimo es el que presenta ms facilidades para su diseo y para su construccin en vista de sus dimensiones y de su peso ms pequeo que en otros casos. La disposicin de los labes es radial y su perfil laminar aporta sus ventajas: facilidad de diseo y construccin y factibilidad de cierre hermtico. La corona de los labes directores acta como un abanico y va dispuesta delante del rodete a una distancia ms o menos igual al radio exterior de los labes del rodete.[17] Para que las paletas directrices puedan girar tienen que estar delimitadas por dos superficies

semiesfricas; la base dispuesta en el cubo y la seccin evolvente de la carcasa. La disposicin del distribuidor similar a la del rodete, permite realizar el estudio en tres secciones cilndricas concntricas de dimetro (d0) exterior (d1) y dimetro medio (d) [1]. Un esquema representativo de cascada fija para la seccin media del distribuidor. El agua ingresa al distribuidor con una velocidad completamente axial (V) y en el interior de la cascada es acelerada hasta salir del distribuidor con una velocidad (V1) y un ngulo ( 1). Tanto el valor de (V1) como el de ( 1) son requisitos del dise o hidr ulico del rodete. El agua conserva constante el valor de (Va) a lo largo de su recorrido atravesando el distribuidor y el rodete. El labe director suele ser construido de acero fundido de una sola pieza con un eje localizado ms o menos en la mitad de cada lateral del labe. Los dos ejes son del mismo dimetro, y tambin pueden ser soldados al cuerpo del labe. Por el vstago inferior est anclado al cubo, mientras que por el vstago superior est articulado con el sistema de regulacin [4]. 4. Operacin a velocidad variable. Las caractersticas de las turbinas de reaccin que trabajan a varias velocidades bajo una altura y una apertura de la compuerta constante. Estas son similares a las de una turbina de impulso con ciertas excepciones. El flujo no es independiente de la velocidad del rodete debido al flujo desde la succin hasta la descarga, y cualquier cambio dentro del rodete afectara por consiguiente al flujo. Se ha visto que la razn de flujo vara con la velocidad de rotacin lo cual es valido para cualquier flujo de