FCI-Adm-4.01

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATLICA DEL PER

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERA

TURBOMQUINAS Y MQUINAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO2do examen

(Primer semestre 2015)

Indicaciones generales

Duracin: 2 hora y 30 minutos. Materiales:

o Parte terica: sin apunteso Parte prctica se puede usar las Tablas y Grficos de Turbomquinas y Mquinas de

Desplazamiento Positivo y apuntes de clase La presentacin, la ortografa y la gramtica dinfluirn en la calificacin. El alumno deber explicar claramente el (los) principio (s) aplicados as como las

consideraciones tenidas en cuenta para la solucin del problema, de lo contrario no se le asignar el puntaje completo

Puntaje debido al cuestionario: 20 puntos

Cuestionario:

PARTE TERICA ( 30 minutos)

Pregunta N 1 (5 puntos)

Responder brevemente las siguientes preguntas

a) Explicar la diferencia entre cebado y cavitacin.b) Qu problemas presenta el bombeo el bombeo de flujo (caudal) variable para una bomba

centrfuga convencional de velocidad constante?. Cmo se comporta el sistema de bombeo con pre-rotacin ante estas situaciones?

c) En las turbinas hidrulicas Pelton, Michel Banki, Francis y Kaplan indicar como se efecta la regulacin del caudal.

d) Grafique las curvas Hman-Q, Wt-Q y Eficiencia-Q de una bomba centrfuga cuando bombea agua y cuando bombea un fluido viscoso

PARTE PRCTICA ( 2 horas)

Pregunta N 2 ( 4 puntos)

Se ha diseado una turbina Michel Banki para un salto neto de 25 m. y un caudal de 0,045 m3/sque servir para el acondicionamiento directo de un generador de 4 polos y frecuencia de 60Hz.Se solicitaf/j (0 .5 puntos) El dimetro mayor del rotor y la velocidad de trabajob) ( 1.5 puntos) Indique el campo de aplicacin de la turbina para un rendimiento mayor que

75%. Ud. deber presentar sus resultados segn se indica en la tabla 1 y graficarlos en papel logartmico.

Pgina 1 de 4

Tabla N 1 Campo de trabajo de la Turbina Micheli Banki

CARACTERSTICAQ/Sim diseo o ,0 0 9Eficiencia de diseo 0 1 7Potencia de diseo WQmximo P10 5 m3/sQmin n . 0 \\16 m3/sQ/S/1/2 lmite inferior 0 ,0015Potencia mnima w

c) ( 2 puntos) Analizar la posibilidad de empelar la turbina en alguno (s) de los siguientes recursos hidrulicos indicados en la tabla 2. Justificar adecuadamente su respuesta y localizar los recursos en el grfico que representa el campo de trabajo de la tuebina.

Tabla N 2 Recursos hdricos

Caso Caudal (m3/s) Salto neto (m)1 0.015 502 0.02 453 0.025 554 0.03 305 0.035 356 0.05 50

Pregunta K 3 ( 4 puntos)

Graficar las curvas de isorendimiento correspondiente a una bomba centrfuga ensayada en el

Laboratorio de Energa y cuyos resultados se indican en la tabla 3.

Tabla 3 Resultados de Ensayo de Bomba centrfuga

Registro 1 2 3 4 5 6

1400 rpm

Caudla (l/s) 0.74 1.50 1.82 2.33 2.51

Hman (m) 4.50 4.50 4.00 3.75 3.00 2.50Eficiencia/%) 0.0% 18.9% 29.3% 32.4% 32.0% 27.8%

Registro 1 2 3 4 5 6

1700 rpm

Caudal (l/s) 0.00 1.08 1.77 2.31 2.84 3.08

Haman (m) 7.25 7.00 6.25 5.00 4.50 3.50Eficiencia(%) 0% 26% 34% 33% 35% 30%

Pgina 2 de 4

Registro 1 2 3 4 5 6

2000 rpm

Caudal (l/s) 0.00 1.19 1.97 2.61 3.32 3.59

Haman (m) 10.25 10.00 9.25 8.00 6.25 5.50Eficiencia(%) 0% 28% 38% 41% 38% 35%

Registro 1 2 3 4 5 6

2300 rpm

Caudal (l/s) 0.00 1.61 2.56 3.25 3.89 4.18

Haman (m) 14.50 13.50 12.00 10.00 8.50 8.00Eficiencia (%) . . 0% 34% 42% 43% 41% 41%

Registro 1 2 3 4 5 6

2600 rpm

Caudal (l/s) 0.01 1.71 2.75 3.61 4.34 4.68

Haman (m) 17.55 17.25 15.25 13 11 9.25Eficiencia(%) 0.3% 34.5% 43.6% 45.2% 43.7% 39.0%

''-J 1------------N

Pregunta N 4 (4 puntos)Se est analizando un compresor centrfugo axial que gira a 6000 rpm el cual posee un dimetrode 0.4 m siendo el ingreso al rotor axial. El portador de energa es aire (considerar densidad =1.22kg/m3) \

a) 1.5 puntos)Para la condicin de mnima prdida se solicita: ' El diagrama de velocidades de la etapa (valores y grfico correspondiente)

j ' * El trabajo de Euler La ganancia de presin en el rotor, en el estator y en la etapa.

(2.5 puntos)Para la condicin mnima prdida cuando el grado de reaccin es de 0.3 se solicita: El diagrama de velocidades de la etapa (valores y grfico correspondiente) El trabajo de euler La ganancia de presin en el rotor, en el estator y en la etapa.

Pregunta N 5 ( 3 puntos)

La figura muestra el esquema de una instalacin que operar a 2000 m sobre el nivel del mar para la cual se requiere seleccionar una bomba centrfuga. El fluido circulante es agua y se halla a 10C y las caractersticas de las tuberas se indican en la tabla 4

Se solicita

Los parmetros de seleccin de la bomba La curva del sistema sin regular a escala De los modelos de bombas indicados en la tabla 5, indique las condiciones de operacin

de cada modelo e indique cuales podran satisfacer los requerim ientos de la instalacin dejustificando adecuadamente su respuesta. Seleccione el que cree que es ms adecuado.

Pgina 3 de 4

Tabla 4 Informacin sobre el sistema de tuberas

d (m) L (m)Q(m3/s)

Rugosidad k (mm) k/d Re Coef

hw (m) Tuberas

V(m/s)

hw total(m)

sue 0.125 4 0.055 0.15 0.0012 4.28E+05 0.0205 0.67 4.48 0.77323 0.125 10 0.055 0.15 0.0012 4.28E+05 0.0205 1.68 4.48 1.93334 0.125 30 0.025 0.15 0.0012 1.94E+05 0.0215 1.09 2.04 1.25635 0.125 20 0.03 0.15 0.0012 2.33E+05 0.0215 1.05 2.44 1.206

Tabla 5 Posibles bombas identificadas

Velocidadnominal

MODELO RPM D(mm) Hman(m)

W t(HP)

Efici

oC e jcu W o iia o L i CcL( a.oo

j2 } lO i? > 0 3

L O G A R T M I C O 3 x 3

Zona exclusiva para clculos y desarrollos

(borrador)

_ Ot & &

2 , 2 . 1 v^ '

o , 0 0 2 6

), C>05 a oe> ^

X T

Q O jO :

i - 2>^r>

2 o Y > ; (Q^Olooo)

( o , O )(fj8iCi)

\ > ^

(9 ( C\ t U m ta S 'vv i ^ ^

0, G O 2 i 2 ^ Ey-W O- U - v.

Presente aqu su t raba io T" i f ; 1.... /.... ,... r ...." ........... T T....T~~. ..--------- ---- "~"W.......

6 -/ yO

0- i l : U.rr\a.A ilW ' ca P7_\ k " *

NA P Ca ) (

b CUU~ -* WoJO. YWi i l ^W ixd -'.

Zona exclusiva paraclculos y. desarrollos

(borrador)

i i

6) \&>

Velo a 'i KoUU

8oo

12)00

12,03

00- 2 -0

fiA. D u * v \ ( jU i

HmS LM

- H 5

i>HS

Ut

20>0-

- y o

- 0.00

24

i i 5

2-3>

a z

\U

JO

i O

25

g f r CftV-l KPSv

w .

3 i /.

6p5 - / .

>5 V.

fe 2 - /

-i 16

3 ,4

j5

J.-

C tOtA.'VovrO

fo t (i * ^

& (vete [ W 2

bQ ^ba a WV

a(ti'dU c o lW

fe>

osO Jtold y\

&- (V- ^ ^

jj2 ca^ ^

Zona exclusiva paraclculos y desarrollos

(borrador)

VJ

Presente aqu su t raba jo ^ JL

X b >'To'ooo hjjs

JLclo ofc*o ~ (VOO&J tQ. C ^cS^ 4s j25 Hi 0OC

t y o ^ H da 0\> rf'rtn (TT\i evAcio (^4-

S^^ T 2-5 / (o1* nvvlj,# 3.

a ) ^ / r t r w a . fS C 0 . 5 C 5

2 j 0 ,5 : v 7 ^ ^ VlJ J 6 2, fcT W.>5,-

P r e s e n te aqu su t raba jo\V , : -U-2 * ^ 2-U- - V^Js^srT

lA ^- ' C 12.5 Ito VxTjz 5j> fe* ^ [* X ,5 ^

QfU.S

.gal/

mb)

: O

( U,S:

0al> n

tiri)