Laboratorio Nº4

Universidad Mayor de San Andrés Laboratorio .Facultad de Ingeniería Máquinas Hidráulicas MEC-415.Ingeniería Mecánica Gestión I /2011 .

Laboratorio Nº4

Mediciones en Equipo de Generación

Hidroeléctrica con Turbina Banki

1. Objetivo

- Determinar la curva rendimiento vs. Caudal para H= 40m y RPM= 1500.

- Determinar la curva Potencia Eléctrica vs. Caudal para H=40m y RPM=1500.

2. Fundamento Teórico

3. Descripción del Equipo Empleado

El equipo empleado en la experiencia consta de:

Bomba HidráulicaProporciona la altura de carga y el caudal.

Turbina BankiEl regulador de caudal de la turbina es manual.

ManómetroEn la tubería de entrada en la cual se mide la altura entregada por la bomba en Kg/cm2.

Depósito con vertedero rectangularPermite aforar de manera aproximada el caudal de la turbina, entrega medidas en litros por segundo.

Válvula de Alivio Permite regular la altura de carga proveniente de la bomba.

Control de CargaRegula la carga del generador de manera que este trabaje a 1500 RPM constantes.

Univ. Torrico Barrero, Carlos Javier


Figura 1. Sistema bomba turbina y vertedero

4. Procedimiento

4.1. Equipos e instrumentos utilizados

- Bomba centrífuga- Turbina Banki- Vertedero Rectangular- Manómetro- Válvula de Alivio- Control de Carga

4.2. Datos cálculos y resultados

Datos Constantes

H=4 [kg/cm2]; RPM=1500; Punto 1 (vertedero)=32,5[cm]; Punto 2(vertedero)=45,1[cm]; D Generador=13,5[cm]; D Turbina=17[cm]; b (vertedero)=59[cm]; b (turbina)=20[cm]


Generador

Universidad Mayor de San Andrés Laboratorio .Facultad de Ingeniería Máquinas Hidráulicas MEC-415.Ingeniería Mecánica Gestión I /2011 .Datos Variables

V [V] I[A] Punto 3 (vertedero) [cm]

222.1 2.4 49.5222.7 3.4 49.9221.0 4.4 50.2220.6 5.3 50.4219.5 7.3 50.5218.2 9.4 50.6

Ecuaciones a Utilizar

Potencia Hidráulica

Phidráulica=Q∗H102

[kW ]

Potencia en Elécrica

PEléctrica=V∗I

Rendimiento total eje-turbina

ηT=100∗PEléctrica

Phidráulica

%

Caudal del Vertedero

Q=23

√2 g∗u∗b∗h32

Factor de Corrección para el Caudal

u=[0.6035+0.0813 ( h+0.0011w )][1+ 0.0011

h ]32

Altura de líquido para el Vertedero

h=punto 3−punto 2

Altura de cresta del Vertedero

w=punto2−punto 1



Tabla resumen de resultados

V [V] I [A] P Eléctrica [W] punto 3 [cm] h [m] w [m] u Q [l/s] P Hidráulica [kW] n

222,1 2,4 533,04 49,50 0,04 0,13 0,66 10,59 4,15 13%

222,7 3,4 757,18 49,90 0,05 0,13 0,66 12,07 4,73 16%

221,0 4,4 972,4 50,20 0,05 0,13 0,66 13,24 5,19 19%

220,6 5,3 1169,18 50,40 0,05 0,13 0,66 14,04 5,50 21%

219,5 7,3 1602,35 50,50 0,05 0,13 0,66 14,44 5,66 28%

218,2 9,4 2051,08 50,60 0,06 0,13 0,66 14,85 5,82 35%

GráficasRendimiento vs. Caudal

10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.0010%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

Caudal [l/s]

Rend

imie

nto

%

Potencia vs. Q



10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00500700900

1100130015001700190021002300

Caudal [l/s]

Pote

ncia

Elé

ctric

a [W

]

5. Interpretación de Resultados6. Conclusiones y Recomendaciones

7. Cuestionario7.1. Para la Turbina Banki de 20 cm de diámetro, según las dimensiones de las poleas y la velocidad

nominal del generador ¿Cuál es la altura de diseño del equipo turbina-generador?a) 35 m b) 58 m c) 70 m d) 100m

n=D generador

Dturbina

1500 rpm=13.517

1500 rpm=1191rpm≈1200 rpm

u=πnb60

=π∗1200∗0.260

=12.57 [ms ]u1=0.5c1=0.5∗0.97√2 gH=12.57 [ms ]H=

( 12.570.5∗0.97 )

2

2∗9.8[m ]=34.27[m ]≈35[m ]

Resp. a) 35 m 7.2. Al actuar cerrando la válvula reguladora de caudal de la turbina, disminuyendo el caudal

de entrada al 50%, entonces, la turbina:

a) Funciona a menor altura de caída H y la eficiencia bajab) Funciona a potencia y eficiencia menoresc) Aumenta la velocidad del agua a la entrada de la turbina

Resp. b) Funciona a potencia y eficiencia menores, porque ambas, potencia y eficiencia decrecen a menor caudal.

7.3. Entre la Turbina Banki y el generador del laboratorio ¿Para qué altura H es posible el acoplamiento 1:1?



a) 35 m b) 58m c) 70m d) 100m

u=πnb60

=π∗1500∗0.260

=15.70[ms ]u1=0.5c1=0.5∗0.97√2 gH=15.70 [ms ]H=

( 15.700.5∗0.97 )

2

2∗9.8[m ]=53.52[m ]≈58 [m ]

Resp. b) 58 [m]

7.4. El equipo electrónico utilizado en la experiencia:a) Regula el caudal de entrada a la turbina y por tanto la potenciab) Es un equipo de seguridad para evitar sub velocidad y sobre voltajec) Obliga al grupo turbina – generador a trabajar a RPM constanted) Es el equipo que suministra la excitación al campo

Resp. c) Obliga al grupo turbina – generador a trabajar a RPM constante, regulando la carga del generador de modo que éste oponga la resistencia necesaria al eje de la turbina logrando así que el generador trabaje a RPM constantes.


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