Pruebas operacionales del banco de ensayos H81 para turbinas Pelton y Francis del IUTEB

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA

EDUCACIÓN SUPERIOR INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DEL

ESTADO BOLÍVAR DEPARTAMENTO DE MECÁNICA

Pruebas Operacionales del Banco de Ensayos H81

para Turbinas Pelton y Francis del IUTEB

Autor: Gustavo J. Marturet P.

C.I: 7.912.502

Ciudad Bolívar, Marzo de 2010

ii




Pruebas Operacionales del Banco de Ensayos H81 para

Turbinas Pelton y Francis del IUTEB Trabajo de Ascenso presentado como requisito para optar a la categoría de Asistente


C.I: 7.912.502

Ciudad Bolívar, Marzo de 2010

Marturet Pérez, Gustavo José. PRUEBAS OPERACIONALES DEL BANCO DE ENSAYOS H81 PARA TURBINAS PELTON Y FRANCIS DEL IUTEB (2009) 147 Páginas. Trabajo de Ascenso. Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar (IUTEB). Departamento de Mecánica. Bibliografía. Página 98 1) Turbomáquinas. 2) Mecánica de Fluidos. 3) Instrumentación y control. 4) Banco de ensayos. 5) Curvas características. 6) Fallas. 7) Turbinas Francis. 8) Turbinas Pelton.

iii

iv

Agradecimientos

El autor expresa desde aquí un fraterno agradecimiento a los ingenieros Luis Pérez y

Carmine Verde, Talleres TOMI Puerto Ordáz, PROINGET, y a todas aquellas

instituciones y personas que de alguna manera me han prestado su ayuda.

v




Marturet P. Gustavo J. (2009). Pruebas Operacionales del Banco de Ensayos H81

Para Turbinas Pelton y Francis del IUTEB

Trabajo de Ascenso para optar a la categoría de Asistente. Departamento de Mecánica.

Ciudad Bolívar – Estado Bolívar.


Fecha: Noviembre 2009

RESUMEN

En el estudio de las Turbomáquinas Hidráulicas la experimentación ofrece la posibilidad del desarrollo investigativo. Innovaciones en la modelación del flujo de fluidos requieren de la validación del comportamiento de las maquinas sobre la base de su análisis teórico. En tal sentido los bancos de ensayos para pruebas de Turbomáquinas constituyen un elemento necesario de validación e innovación tecnológica en un campo hoy en día multidisciplinar. Se propone un estudio de pruebas operacionales en un banco de ensayos H81, para turbinas Francis y Pelton del IUTEB. La investigación se traza como meta poner a disposición de la comunidad universitaria el banco de ensayos para lo cual se hace necesario analizar y corregir la causas de un desperfecto mecánico operacional que impide su funcionamiento. Mejoras tecnológicas introducidas por el fabricante del banco hacen imprescindible redimensionar los procedimientos de manipulación, toma de variables y ensayos preliminares antes de su puesta en servicio. Con la ayuda de las curvas características, producto de las pruebas efectuadas a las turbinas del banco H81, se determina que en las actuales circunstancias solo las curvas obtenidas por las mediciones analógicas satisfacen el comportamiento que es propio de las turbinas hidráulicas. Descriptores: banco de ensayos, curvas características, fallas, turbinas Francis, turbinas Pelton.

vi

ÍNDICE GENERAL

pp.

RESUMEN v

LISTA DE SÍMBOLOS ..……………………………………………………. viii

LISTA DE CUADROS …..………………………………………………….. ix

LISTA DE GRÁFICOS ………………………………………………………. x

INTRODUCCIÓN ..…………………………………………………………… 12

CAPÍTULO

I FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ……………………………………. 14

Importancia y Justificación de la Investigación ….………...…………… 19

Objetivo General ……..………………………………………………….. 20

Objetivos Específicos …………………………………………….……… 20

Delimitación y Alcance …………………………………………………. 20

II MARCO TEÓRICO METODOLÓGICO 22

Antecedentes del Problema ……………….…………………….……….. 22

Bases Teóricas …………………………………………………………. 28

Aspectos Teóricos ………………………………………………………. 28

Bancos de Ensayos y Curvas Características para Turbinas ……………. 33

Banco De Pruebas H81 de STEM-ISI Impianti …………………………. 38

Aspectos Metodológicos ………………………………………………… 48

III ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS ………………………………….. 53

Pruebas Operacionales del Banco H81 ………………………………….. 53

Sobre las Ecuaciones para el Cálculo de Variables Necesarias

para las Curvas Características de las Turbinas ………….……… 76

vii

Procedimiento de Ensayos de Turbinas del Banco H81 ……….. 79

Ensayos y Mediciones para Determinar las Curvas

Características de la Turbinas Pelton y Francis del Banco H81 …………..……………………………………………….

87

CONCLUSIONES …………………………………………………… 96

RECOMENDACIONES …………………………………………….. 98

BIBLIOGRAFÍA ..……………………………………………………. 99

ANEXOS A Especificaciones Técnicas del Acople BoWex M32 ………… 102 B Trabajos en Banco de Turbinas H81 ………………………… 105 C Medición de Vibraciones del Banco H81 ..…………………… 107 D Correspondencia para Pruebas Operacionales del Banco H81 .. 109 E Rendimiento Motor Asíncrono CANTONI ………………….. 144

F Curvas Características y Datos del Banco H1 Según Ensayos del Fabricante ………………………………………………..

149

G Actas de Entrega del Banco H81 del IUTEB …………………. 154 H Informes del Banco H81 del IUTB …………………………… 171

viii

LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS

g : Aceleración gravitacional A : Área H: Cambio de altura, cabeza de turbina, salto de motor Q: Caudal

cosfi : Coseno de fi, factor de potencia, factor de carga ρ : Densidad del agua Λz : Desnivel desde el manómetro Pe hasta el eje de la turbina D: Diámetro del rotor η: Eficiencia

ηG : Eficiencia del generador, rendimiento ηm : Eficiencia mecánica, rendimiento de la turbina ηT : Eficiencia total o del grupo turbodinamo I: Intensidad de corriente eléctrica

M: Momento rendido por la turbina Pelec: Potencia eléctrica útil

Pi: Potencia hidráulica Pm: Potencia mecánica Pe : Presión en manómetro a la entrada de turbina V: Tensión, voltaje

RPM Revoluciones por minuto n: Velocidad de giro o rotación

Vf : Velocidad del flujo a la entrada de la turbina μ: Viscosidad del agua

ix

LISTA DE CUADROS

CUADRO pp.

1 Análisis del problema, variables y limitaciones …………. 59

2 Variables de solución, restricciones y criterios para la búsqueda de alternativas de solución ………………………..

60

3 Resumen de las alternativas de solución …………………… 69

4 Consideraciones contra consecuencias de las posibles soluciones ……………………………………………………

71

5 Curvas carasterísticas del rendimiento en función de la potencia en motor de 55KW de 4 polos, valores de rendimiento en funcion de la carga y valores del factor de potencia en funcion de la carga ..............................................

86

6 Toma de medidas ensayo de la turbina Francis ……………. 88

7 Cálculos de potencias y eficiencias de la turbina Francis …... 89

8 Toma de medidas del ensayo de la turbina Pelton .................. 91

9 Cálculos de potencias y eficiencias de la turbina Pelton ……. 92

x

LISTA DE GRÁFICOS GRÁFICO pp.

1 Banco H81 fabricado por STEM-ISI Impianti …………….... 15 2 Vista Turbina Pelton …….…………………………………... 16 3 Vista Generador eléctrico …………………………………... 16 4 Vista Turbina Francis ….……………………………………. 17 5 Vista del acople de la turbina al generador .…………………. 17 6 Trabajos sobre el banco H81: Turbina Francis ……………... 26 7 Necesidades de trabajo superficial: Turbina Pelton …...…… 26 8 Algunos modelos de Turbomáquinas según la dirección de

flujo …….……………………………………………………. 31

9 Modelo de Turbina Francis …………………………………. 32 10 Modelo Turbina Pelton ……………………………………….. 33 11 Banco de Prueba de turbina Francis ...………………………. 34 12 Curvas características para turbinas …………………………. 35 13 Curvas características de una turbina Francis obtenida de

un modelo con diámetro 460mm ……………………………... 36

14 Curvas características operación de una turbina Francis de diámetro de rotor 6,3m ……………………………………….

37

15 Esquema de instalación del banco H81 ……………………… 38 16 Esquema de turbina Pelton …………………………………... 41 17 Vista y referencias de turbina Francis ……………………….. 42 18 Vista de turbina Francis ……………………………………… 43 19 Panel de mandos eléctricos del banco H81 ………………….. 45 20 Secuencia dinámica de la falla ………………………………. 54 21 Representación gráfica de la “caja negra”, el problema y su

estado ideal de funcionamiento ……………………………… 55

22 Modelo de acople BoWex M32 …………………………….. 56 23 Acople de la turbina y dirección de acoplamiento …………... 57 24 Acople en posición a tope con eje de generador …………….. 57 25 Vista de abocardado de enganche …………………………… 57 26 Vista de abocardado interno en posición de enganche ……… 57 27 Diagrama de Ishikawa considerado para el analisis de

causa-efecto del desacolpamiento del bancoH81 ……………. 61

28 Desplazamiento mecanismo asegurador …………………….. 66

xi

LISTA DE GRÁFICOS (cont.)

GRÁFICO pp.

29 Vista de ranura y esfera de fijación ………………………… 67 30 Vista de medición de huella dejada por esfera en lugar no

adecuado …………………………………………………… 67

31 Vista de acople a tope con generador ……………………… 67 32 Vista de cojinetes o chumaceras del lado de la Turbina Pelton 70 33 Lugar incorrecto de huella de esfera y medición de distancia

de enganche ………………………………………………… 72

34 Trabajos de taller para la solución al desacoplamiento mediante montaje del acople en torno para su mecanizado ….

73

35 Refrentado del acople ………………………………………. 74 36 Turbina Pelton funcionando ……………………………….. 76 37 Curvas características para velocidad de giro y apertura del

distribuidor constante ………………………………………. 80

38 Eficiencia de sistemas hidroeléctricos ……………………... 81 39 Curvas características para velocidad de giro y apertura del

distribuidor constante de una turbina Francis ……………… 82

40 Curvas características de la Turbina Francis H vs. Q ……… 89 41 Curvas características de la turbina Francis Pm vs. Q ……… 90 42 Curvas características de la turbina Francis ηT vs. Q …….. 90 43 Curvas características de la Turbina Pelton H vs. Q ……….. 92 44 Curvas características de la Turbina Pelton Pm vs. Q ……... 93 45 Curvas características de la Turbina Pelton ηT vs. Q ……… 93 46 Banco H 81: Máquinas Hidráulicas ………………………... 94

12

INTRODUCCIÓN

Si bien los estudios teóricos en el área de la Turbomáquinas son necesarios, la

experimentación aporta elementos de investigación para su desarrollo. Nuevos y

cada vez mas exigentes requerimientos energéticos, de diseño de maquinas, de

eficiencias, de materiales, de costos y de construcción hacen insuficiente el

análisis teórico de las turbinas con miras a satisfacer completamente la precisión

ante el riesgo de grandes inversiones en maquinaria industrial y en centrales

hidroeléctricas. Serios esfuerzos en modernizar laboratorios de ensayos, en su

instrumentación y en el entrenamiento para futuros profesionales de la mecánica

se están realizando como contribución a satisfacer la demanda del conocimiento y

la operación de las turbinas.

El Laboratorio de Termo Fluidos del Instituto Universitario de Tecnología del

estado Bolívar, cuenta entre sus equipos con un banco de ensayos para turbinas.

Desde su adquisición este banco de ensayos ha presentado problemas de

funcionamiento impidiendo su uso en desmedro del desarrollo académico de la

comunidad universitaria e industrial de la región Guayana; región por excelencia

generadora de recursos hidroeléctricos.

Se propone esta investigación llevar a cabo las pruebas operacionales del

banco de ensayos de turbinas del Instituto Universitario de Tecnología del estado

Bolívar a fin materializar su puesta en servicio. La revisión bibliográfica indica

una carencia en herramientas específicas para la solución de problemas de

funcionamiento en bancos de ensayos y de cómo llevar adelante pruebas

operacionales hasta hacer de ellos un equipamiento útil para lo que son

diseñados. De allí que el análisis de fallas, la valoración de alternativas y la

selección organizada de las propuestas para su solución se hacen necesarias.

Una vez corregida la falla, se realizan las primeras pruebas del banco y se

valoran sus resultados. Se construye también, un marco teórico que contiene una

descripción del banco de ensayos, sus partes, se selecciona un procedimiento para

13

su manejo operacional y toma de mediciones y se revisan las ecuaciones o

conceptos aplicables a fin de graficar el resultado de las pruebas.

Dada la metodología de la investigación adoptada y lo particular del trabajo,

hacen de ella una investigación del tipo documental y de campo.

Este proyecto se ha divido en tres partes. En la primera parte, se plantea el

problema de la investigación, sus objetivos, la delimitación y alcance de la misma,

así como importancia de la investigación. En la segunda, se construye el marco

teórico y los aspectos metodológicos, y se introducen algunos comentarios de la

bibliografía consultada. Y en la tercera parte, se desarrollan el análisis y los

resultados de la investigación.

14

CAPÍTULO I

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

El Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar (IUTEB), es el

primer tecnológico universitario oficial del estado y su creación el fue el 26 de

enero de 2001, mediante el Decreto Nº 1.186, con sede en Ciudad Bolívar, estado

Bolívar y cuya misión es la formación académica de Técnicos Superiores

Universitarios (TSU), en programas permanentes para: TSU Electricidad, TSU

Geología y Minas, TSU Sistemas Industriales y TSU Mecánica. Adicionalmente,

desde enero de 2009, el IUTEB, pasa a formar parte de los Programas

Nacionales de Educación (PNF) del Ministerio del Poder Popular para la

Educación Superior en las carreras de Ingeniería Mecánica y de Mantenimiento,

entre otras.

Los programas estudios para TSU Mecánica e Ingeniería Mecánica, requieren

del desarrollo de conocimientos y habilidades que involucran procesos de

transformación de la energía mediante el transporte de fluidos haciendo de éstos

un fenómeno posible en el ejercicio del profesional de la Mecánica. Especial

énfasis se hace en la generación de energía eléctrica a partir de la energía

hidráulica mediante el uso del agua como fluido de trabajo.

Un banco de pruebas de la casa fabricante STEM-ISI Impianti, en su versión

H81, es utilizado como modelo de pruebas y de ensayos para evaluar el

comportamiento de las máquinas hidráulicas (turbinas), que emplean el agua

como fluido para la transformacion de energía hidráulica en eléctrica. ( véase

Gráfico 1).

15

Gráfico 1 . Banco H81 fabricado por STEM-ISI Impianti

El banco H81, desde octubre del 2004, está destinado al uso del Laboratorio de

Termo Fluidos especificamente para las cátedras de Mecánica de Fluidos,

Termodinámica, Máquinas Hidráulicas, Máquinas Térmicas y Generación de

Potencia. Dicho laboratorio, atiende un total de 100 alumnos por año. Se espera

que el Banco H81 con su puesta en marcha sea empleado en prácticas o

experiencias guiadas que destaquen la utilidad de las turbinas, su investigacion y

desarrollo.

Este banco de ensayos H81 fue construido por el fabricante partiendo de la

premisa de que en éste se puedan “..realizar programas didácticos sin olvidar lo

que es una realización industrial, [excluyendo versiones en miniaturizadas o

modelísticas, por consiguiente] … los equipos fueron escogidos en el mercado y

son de uso corriente para las aplicaciones industriales…”, a fin de que los

estudiantes tomen contacto con versiones reales de estos equipos, tal y como lo

señala el manual de uso del banco de ensayos Stem Isi Impianti H77 H81 Pelton

Francis Modular. Monografía técnica nro 1109/E (p. 7)

La operacción práctica de experiencias guiadas de los ensayos en el banco

H81 permite la construcción de curvas de funcionamiento de las turbinas:

Potencia mecánica (Pm ), Cambio de altura (H) y Eficiencia (η) contra Caudal

(Q).

De allí que el banco de turbinas H81, dispone de dos turbinas hidráulicas,

una tipo Francis y otra, tipo Pelton, acopladas a un generador eléctrico. La energía

hidráulica, proviene del transporte del agua a través de dos bombas centrífugas.

16

Mientras que la energía eléctrica proviene del accionar de un generador eléctrico

acoplado a las turbinas. El acoplamiento de las turbinas al generador se hace en

forma manual y de manera individual, una por vez, mediante un acople flexible

del tipo dentado interior. Durante la experiencia práctica solo una de las turbinas

debe estar acoplada al generador.

Así, el paso del fluido a través de las turbinas hará mover su eje y por estar éste

acoplado al generador eléctrico, será posible la producción de energía eléctrica.

En condiciones normales de funcionamiento del banco H81 es posible realizar las

mediciones de: presión, caudal de flujo, torque en el eje motríz, temperatura del

agua, rpm, voltaje e intensidad de corriente del generador; y con el apoyo de

algunas ecuaciones propias de la Mecánica de Fluidos, se determinan las

varaciones de Potencia Mecánica, Cambio de Altura Energética y Eficiencia del

Sistema de Generación Hidráulica Turbina-Generador, en función del Caudal de

Flujo.

Los Gráficos 2 ,3, 4 y 5 muestran la turbina Pelton, el generador , la turbina

Francis y el acople de la turbina al generador del banco H81.

Gráfico 2. Vista Turbina Pelton Gráfico 3. Vista Generador eléctrico

17

Gráfico 4. Vista Turbina Francis Gráfico 5. Vista del acople de la turbina al generador

En fase de operación de la Turbina Pelton, y de conformidad con las

instrucciones del manual del fabricante del H81, alcanzados ciertos valores de

torque y velocidad de giro (RPM), entre otras, el eje motríz de la turbina y su

respectivo acople con el generador de manera fortuita y repentina se libera; por

lo que ambos, turbina y generador, giran libremente. En consecuencia, no es

posible continuar realizando las mediciones de los parámetros de: presión de línea

de flujo, caudal de flujo, torque, voltaje e intensidad de corriente del generador,

que permitan construir las curvas características de funcionamiento del sistema.

Tal anomalía de falla require determinar la razón de éste desperfecto

mecánico como una condición obligante para su corrección y el uso posterior del

banco H81 en condiciones normales de operación. Se sabe que bajo condiciones

normales el acoplamiento de la turbina y del generador eléctrico, se podrían

efectuar las pruebas necesarias en el banco de ensayos H81 y construir las curvas

características del sistema de turbogenerador H81, lo que permitiría el uso del

Banco de Pruebas de turbinas Pelton y Francis en el Plan de Formación del TSU

Mecánica y PNF en Ingeniería Mecánica del IUTEB.

Comparando la versión analógica del banco H81 que aparece en el manual del

usuario con la suministrada al Laboratorio de Termo Fluidos, su fabricante

STEM-ISI Impianti, introdujo una mejora tecnológica y de la cual se desconoce

fecha y razones de tal cambio. Dicha mejora, consiste de un dispositivo llamado

18

Inverter fabricado por la casa ANSALDO para medir, controlar y operar

digitalmente tanto el banco H81. Maneja entonces el Inverter las mediciones de

las variables: torque, rpm, tensión y corriente eléctrica, necesarias durante los

ensayos prácticos. Sin embargo en el manual de uso, operación, mantenimiento y

prácticas guiadas del H81, sólo se indican los procedimientos y rutinas para la

elaboración de las experiencias prácticas como si todo el banco funcionara

analógicamente y no digitalmente como está construido actualmente.

Cabría preguntarse, a partir de estos cambios técnicos en el banco H81, ¿cuál

es el procedimiento para operación y la toma de medidas de datos señalados en

el Manual del H81 empleando el Inverter?, ¿Cuáles son las mediciones necesarias

para determinar el comportamiento del sistema turbogenerador del H81? ¿Cuáles

son las nuevas expresiones para determinar las variables indicadoras del

comportamiento del sistema?, ¿Se ajustan estas variables, a partir de sus

expresiones de cálculo, al comportamiento esperado en un sistema

turbogenerador? Más aún, ¿son los cambios técnicos hechos por el fabricante los

responsables del desacoplamiento de la turbina Pelton y el generador del H81?

El uso seguro y confiable del H81, para lo cual fue diseñado como lo es servir

de apoyo en el proceso de enseñanza-aprendizaje los futuros profesionales de

Mecánica, así como en investigaciones que a bien sean posible efectuar en el

campo de las Turbo Máquinas y la Mecánica de Fluidos pasa por elaborar una

investigación tendiente al asegurar su uso y puesta a punto de manera confiable y

didáctica.

Como aplicación práctica de la ingeniería tanto las causas de fallas

operacionales del banco H81 como los ensayos para su puesta en marcha y para

los fines de esta investigación, se tomará como problema global el desarrollo de

pruebas operacionales para el banco H81 del IUTEB.

19

Definición del Problema

En virtud del fenómeno de desacoplamiento del conjunto Turbina Pelton-

generador que impide evaluar operacionalmente el banco de ensayos H81 del

IUTEB se hace necesario desarrollar la presente investigación con el propósito de

normalizar el funcionamiento del banco y realizar las pruebas operacionales

conducentes a construir las curvas características de la turbinas Pelton y Francis a

fin de garantizar su disponibilidad y puesta en servicio a la comunidad

académica.

Importancia y Justificación de la Investigación

La puesta en marcha del Banco H81 garantizaría la oportunidad de confrontar

las herramientas teóricas y practicas, propias del área de las Turbo máquinas

Hidráulicas, aplicables a las Turbinas para la generación de energía eléctrica en

el proceso formativo de los TSU Mecánica y PNF en Ingeniería Mecánica del

IUTEB.

La solución de los problemas funcionales del banco H81, como paso previo

para su puesta en marcha, es una condición indispensable para lograr su

estabilidad operacional que asegure la toma confiable de las mediciones de

variables y por ende poder elaborar gráficas o curvas características del sistema.

Desde el punto de vista de la Ingeniería resalta como la oportunidad para el

aporte regional al conocimiento sobre las turbinas hidráulicas al ser éste, el

banco H81, el único en su tipo disponible en la región Guayana, región por

excelencia para la generación y estudio de energías hidroeléctricas.

Dada la oportunidad de elaborar investigaciones en el área de las turbinas

hidrocinéticas como turbinas alternativas para regiones alejadas de los centros de

producción hidroeléctrica, se piensa que el banco de ensayo H81 del IUTEB

puede contribuir como elemento comparativo y de análisis del desempeño entre

las turbinas hidráulicas y las hidrocinéticas.

20

Objetivo General

Desarrollar pruebas operacionales del banco de ensayos H81 de turbinas

Pelton y Francis del IUTEB con la finalidad de optimizar su funcionamiento para

su puesta en servicio con fines académicos.

Objetivos Específicos

1. Analizar las causas del desacoplamiento del conjunto eje motriz de la

Turbina Pelton y su acople al generador del Banco H81 para elaborar

el diagnóstico de la falla de acoplamiento.

2. Evaluar las alternativas de solución del fenómeno desacoplamiento

conjunto eje motriz de la Turbina Pelton y al generador del banco H81

para optimizar el funcionamiento del banco de ensayos.

3. Determinar el procedimiento de ensayos en el banco H81 para la

medición de las variables del sistema de generacion hidroeléctrica del

banco de turbinas H81.

4. Elaborar las curvas características de las turbinas Francis y Pelton del

banco H81: H vs Q, Pm vs Q y η vs Q para evaluar el comportamiento

operacional del banco de ensayos H81 del IUTEB.

Delimitación y Alcance

Dado que la investigación se desarrolla sobre el Banco de Ensayos de Turbinas

del IUTEB y siendo éste el único en su tipo en la región su problemática se

dificulta ante la imposibilidad de confrontarlo con situaciones similares en otros

bancos de ensayos. La carencia documental sobre elementos para su diagnóstico y

corrección de fallas, y rutinas operacionales, obligan a realizar pruebas sobre la

21

marcha de los acontecimientos a fin de verificar la certeza de las acciones

emprendidas.

En consecuencia, la investigación se circunscribe a la corrección de fallas o

desperfectos funcionales, procedimientos de manejo del equipo y a la elaboración

de curvas características de las turbinas como parte del proceso de las pruebas

operacionales para la puesta en marcha del Banco H81 del IUTEB. Bajo ninguna

circunstancia se pretende abordar particularidades de diseño de turbinas, bancos

de pruebas y aspectos teóricos sobre las Turbomáquinas. Mas bien, la

investigación se limita a los aspectos prácticos propios de la Ingeniería aplicada a

máquinas industriales con fines académicos, y a las pruebas sobre las mismas a

fin de corroborar algún grado de conformidad tendiente al uso en la enseñanza-

aprendizaje de aspectos teóricos cubiertos en un curso propio de flujo

incompresible y sus aplicaciones.

Limitaciones de la investigación

La asistencia técnica por parte del fabricante; si bien no está del todo ausente

queda supeditada a su disponibilidad en cuanto que la garantía del equipo quedó

por concluida. A lo que se suma, la distancia geográfica para la ubicación del

banco H81, en Ciudad Bolívar- Venezuela, y el fabricante STEM-ISI Impianti en

Genova, Italia.

Desde el punto de vista de la instrumentación para la verificación de algunas

medidas digitales desplegadas por el INVERTER, la carencia de planos

mecánicos y eléctricos del banco H81 será una limitante en la investigación. Así

como también la carencia de instrumental analógico propio de estos sistemas:

medidor de torque, RPM, presión y, dinamómetros entre otros, que permitan

verificar la certeza de las medidas registradas.

22

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO METODOLÓGICO

Antecedentes del Problema

Definidos el planteamiento del problema y precisados los objetivos que

persigue esta investigación se hace necesario establecer los aspectos teóricos que

la sustentan. En tal sentido, el Marco Teórico muestra los aspectos referidos a las

generalidades de las Turbomáquinas, grupo de las máquinas al cual pertenecen las

turbinas Francis y Pelton y de las que se realiza sus respectivas descripciones.

También se toma en cuenta elementos propios de los bancos de ensayos y las

clasificaciones de las curvas características que en éstos es posible construir.

Especial énfasis se hace en el Banco de ensayos H81 de la firma Stem- Isi

Impianti, elemento central de esta investigación.

Desde este escenario, el Marco Teórico se orienta en circunscribir las turbinas

Francis y Pelton, elementos de las Turbomáquinas, dentro del uso de los Bancos

de Ensayo como elemento de apoyo para conformar el desarrollo experimental

complementario al análisis teórico y de diseño propio de las turbinas, y por sobre

todo de la respuesta operacional de ellas en pleno funcionamiento.

Los bancos de ensayos juegan un papel importante en la construcción de las

curvas operacionales o de explotación que revelen su respuesta ante la carga a la

cual están sometidas las turbinas. De ellos es necesario conocer en detalle lo

relativo a su manejo y operación, así como de aspectos propios de las ecuaciones

a ser nutridas por las mediciones desarrolladas en tales bancos producto de la

experimentación a la que se somete en cada prueba las turbinas.

23

En términos generales, la bibliografía revisada y que trata en especifico e l

tema de esta investigación no profundiza en las particularidades de los bancos de

ensayos, el rigor de llevar adelante pruebas para los cuales están diseñados y

mucho menos el análisis y la solución organizada y racional de las fallas que

estos pueden presentar. Las razones de tales exclusiones, son desconocidas. En el

mejor de los casos, se describen los bancos de ensayos, se dan líneas generales o

condiciones para realizar los ensayos, se discriminan laboratorios emblemáticos,

pruebas que están en capacidad de realizar y se diagrama en croquis los

elementos que lo conforman así como las gráficas productos de los ensayos. Sobre

las ecuaciones que se pueden emplear, salvo aquellos textos de aplicación práctica

o de laboratorio, son descritas en lo superficial sin apoyarse en la instrumentación

para la toma de mediciones.

En lo referente a la bibliografía consultada y cuyos autores han tratado

aspectos de esta investigación por su relevancia se destacan:

.-Fernández (SA). Texto en línea relativo a las Turbomáquinas Hidráulicas.

Toca lo concerniente a curvas características para altura y velocidad de giro

constantes en función del caudal y la potencia, curvas características de la

turbina unidad y aspectos funcionales y de diseño de turbinas Pelton, Francis,

Kaplan y Bulbo.

.-Gregori (SA). Bibliografía concerniente al análisis de vibraciones,

mediciones, intensidad de vibraciones y valores recomendados de vibraciones.

.-STEM-ISI Impianti (SA). En una monografía técnica correspondiente al

manual de uso del Banco H81. Describe el banco de ensayos, uso y

mantenimiento y las experiencias guiadas para el desarrollo de las pruebas.

.-Mataix (1975), como elemento bibliográfico de apoyo, es un texto que trata

en profundidad la teoría de la Turbomáquinas Hidráulicas, su diseño,

construcción, funcionamiento, y toca lo relativo a i nvestigación y

experimentación de las turbomáquinas desde una visión global pues, solo señala

los laboratorios y sus bancos de ensayos mas importantes a n ivel internacional

24

para su momento, así como los tipos de ensayos que realizan y su

instrumentación.

.-Polo Encinas (1989), trata sobre los principios fundamentales de la

Turbomáquinas Hidráulicas. Analiza las turbinas desde la clasificación conforme

al cambio de presión en el rotor. También aborda ensayos experimentales sobre

modelos de turbinas, el procedimiento de ensayo y expone gráficamente el

resultado de los mismos.

.-Mataix (1986), e s otra obra de Claudio Mataix en la que compendia la

Mecánica de Fluidos y las Máquinas Hidráulicas. Se da en esta oportunidad la

posibilidad de abordar la instrumentación empleada en el manejo de los fluidos, el

rigor de los principios que los fundamentan, las ecuaciones involucradas en el

manejo de los fluidos con sus aplicaciones para los ensayos propios de los bancos

de experimentación. Si bien presenta las ecuaciones a usar en experimentos con

turbinas, solo describe los bancos de ensayos para bombas y sus resultados.

Superficialmente, toca los referidos a turbinas, sin profundizar en cuestiones de

índole operacional.

.-Ávila (1991). Es una guía para laboratorios de Turbomáquinas y que describe

ensayos en; ventiladores axiales, bombas, leyes de semejanza en bombas, turbina

Francis y Turbina axial. Desarrolla el procedimiento experimental, ecuaciones a

usar, toma de mediciones, conceptos aplicables propios de la Mecánica de

Fluidos y de las Turbomáquinas, g ráficos de resultados, y describe el banco de

ensayos para cada tipo de prueba.

.-Coz y otros (1995). Texto en línea para el desarrollo de mini y microcentrales

hidráulicas. Al mismo tiempo toca temas como: evaluación del recurso

hidroenergético y obras civiles, turbinas hidráulicas, regulación, electricidad,

redes de transmisión y mantenimiento. Describe las turbinas, su selección,

ecuaciones, curvas características y dimensionamiento de turbinas.

.-Alarcón (1998), esta obra plantea tópicos de las Turbomáquinas Hidráulicas

y Térmicas. Describe de manera general los bancos de ensayos de bombas,

ventiladores y turbinas, modelos matemáticos para su aplicación en las

25

Turbomáquinas, y compacta los resultados de los ensayos en expresiones

graficas, es decir en las curvas características.

.-Lecuona y Nogueira (2000). Es un texto para las Turbomáquinas y trata sobre

procesos, análisis y tecnología desde la perspectiva de la Termodinámica, el

análisis dimensional y los fluidos. Aborda también las curvas características de la

maquina de flujo compresible e incompresible. Detalla las curvas de explotación y

las curvas universales de las Turbomáquinas.

.-Streeter y otros (2000) e s un t exto de Mecánica de Fluidos y sus

aplicaciones. Caracteriza también las bombas y turbinas en el ámbito de la

turbomaquinaria. Solo describe las curvas características de las bombas.

.-Balestrini (2002) es un texto de apoyo para los proyectos e investigación y

cubre aspectos relativos a la metodología en estudios formulativos, descriptivos y

de diagnostico entre otros.

.-García (2005). Tesis doctoral en línea sobre la optimización y explotación de

centrales hidroeléctricas. Desarrolla un modelo matemático para determinar

parámetros relevantes de proyectos de centrales hidroeléctricas en términos de

potencia, grupos turbogeneradores, energía y costo desde la base del caudal,

curvas de caudales y comportamiento de demanda.

.-Cengel y Cimbala (2006) es una bibliografía relativa sobre la Mecánica de

Fluidos. Toca temas sobre turbomaquinaria y dinámica computacional de fluidos.

Detalla curvas características de bombas. Clasifica las turbinas y las leyes de

semejanza tanto para turbina como para bombas.

.-Arias (2006), bibliografía concerniente a los proyectos de investigación desde

la óptica de la metodología científica.

La presentación y el mecanografiado de esta investigación toman como base

las Norma APA tal y como se describen en el Manual de Trabajos de Grado, de

especialización y Maestría y Tesis Doctorales en su edición 2006.

Trabajos iniciales en el Banco H81. En fecha del 19 al 21 de octubre del 2004

se iniciaron los trabajos de puesta en marcha del Banco de Turbinas H81 en la

sede del Laboratorio de Termo Fluidos del IUTEB; en su momento, el equipo de

26

trabajo lo conformaron PROINGET compañía instaladora, y STEM_ISI Impianti

fabricante del banco de ensayos, quienes realizaron en conjunto, el montaje

preliminar de partes y componentes que integran el equipo; nivelaron y alinearon

los diferentes equipos rotativos; puntearon los elementos a ser soldados; y

probaron el funcionamiento del tablero de control y de su PLC. (ver Gráficos 6 y

7)

Gráfico 6. Trabajos sobre el banco H81: Turbina Francis

Gráfico 7. Necesidades de trabajo superficial: Turbina Pelton

Las actividades prosiguieron en febrero del 2005, cuando se concluyó el

montaje y la instalación iniciada en octubre del 2004, así como se verificó la

estanqueidad de las diferentes secciones de tuberías y válvulas; se realizaron todas

las conexiones eléctricas internas y externas al equipo y las pruebas básicas para

verificar el funcionamiento y rotación de las bombas.

Para mayo del mismo año, el equipo se dejó en condiciones operativas acordes

con las exigencias del fabricante. Las principales actividades realizadas se

hicieron sobre el PLC del tablero de control y se detallan seguidamente:

1.-.Realineación de la máquina eléctrica.

2.-. Modificación del cableado del Inverter Ansaldo Rubicom SVTS-B.

3.-. Sustitución de la memoria eprom de la programación del Inverter (v. 2003,

en lugar de la v. 2001).

4.-. Reprogramación de los parámetros del Inverter.

27

5.-. Colocación de un interruptor externo para la habilitación/deshabilitación

del Inverter.

Sin embargo, para esa fecha, el equipo no debía ser utilizado regularmente

debido a dos problemas fundamentales de preinstalación: inclinación del piso del

Laboratorio y fallas en la red de suministro eléctrico al banco H81. Pues, durante

la operación del equipo se activaban las protecciones eléctricas dejando fuera de

servicio.

En febrero del 2005, PROINGET, realizan las siguientes actividades sobre el

Banco H81:

1.-Colocación de los parámetros operativos del Inverter.

2. Pruebas de funcionamiento y operatividad del equipo.

3. Instrucción del personal con relación al uso y mantenimiento del equipo.

En sus o bservaciones finales presentadas por la compañía instaladora del

banco H81, señala diferencias en los parámetros de programación del

INVERTER con los datos de placas de las bombas. Consultas realizadas por ellos

con STEM - ISI Impianti, confirman la programación realizada, y a la fecha no se

ha recibido informe alguno sobre una posible corrección.

El Anexo D incluye la correspondencia que se ha generado con motivo de las

actividades del banco H81.

Dada la necesidad instruccional de poner en servicio el banco de ensayos H81,

Pérez y Marturet (2007) desarrollan un trabajo de investigación conducente a la

elaboración de curvas características de funcionamiento H vs. Q, Pm vs. Q y η

vs Q de las Turbinas Pelton y Francis. Luego de tabuladas las mediciones de las

variables presion, caudal del flujo, momento, rpm y, t ension e intensidad de

corriente del generador acoplado a la turbina s e procedió a su comparación

contra los datos nominales de las turbinas lo que permitió observar qu e los

valores de potencia mecánica y potencia eléctrica no correspondían a l os

esperados por e l sistema turbogenerador. Tales valores no representativos del

sistema de turbogenerador violaban las leyes de la Termodinámica, pues con

los cálculos se obtenían eficiencias mayores de la unidad.

28

Realizadas las consultas sobre esta incongruencia con el valor de las eficiencia

del grupo turbogenerador ante el fabricante STEM - ISI Impianti, se obtienen

nuevas expresiones para el cálculo de la potencia mecánica y la potencia eléctrica

(Roberto Devincenzi, comunicación personal, correo-e, Junio 19, 2007). Estas

expresiones se fundamentan en mediciones relizadas por el tablero digital y de

control del H81, especificamente por mediciones del Inverter por lo que se hace

necesario revisar nuevamente el procedimiento de ensayos, las ecuaciones para el

cálculo de las curvas caracteristicas y la evaluación de los nuevos resultados.

Bases Teóricas

Aspectos Teóricos

Con miras de concretar algunos términos de uso común en los bancos de

ensayos de turbinas se procede a l a definición de aquellos necesarios para

desarrollar pruebas operacionales en los ensayos de las turbinas del banco H81.

Corresponde desarrollar lo referido a: generalidades sobre turbomáquinas y

turbinas Pelton y Francis, b ancos de ensayos y curvas características para

turbinas y banco de pruebas H81 de STEM-ISI Impianti.

Turbomáquinas. Generalidades

Alarcón (1998) de fine la turbomáquinas como aquellas máquinas que

intercambian energía continuamente con un fl uido transformando la energía

mecánica que entra por un eje en energía de presión comunicada al fluido o

viceversa, y para lo cual emplea un rotor o impulsor. El rotor está conformado por

paletas o álabes por donde fluye el fluido y a su vez, rota solidariamente a un eje.

29

También, el estator se constituye de una corona o paletas fijas a la carcasa de la

maquina y a d iferencia del r otor no intercambia energía con el fluido,

controlando su dirección y transformando la velocidad del fluido en presión.

Una de las clasificaciones de las turbomáquinas y en la cual coinciden Mataix(

1975) y Alarcón(1998), se fundamenta en tomar en cuenta aspectos como: fluido

de trabajo, dirección de intercambio de energía entre fluido y rodete, variación de

presión estática en lo álabes o rotor y dirección de flujo con respecto al eje.

Según el fluido de trabajo pueden ser:

.-Turbo máquinas Hidráulicas: si se trata de fluido incompresible (Turbinas y

bombas).

.-Turbo máquinas Térmicas: si el fluido es compresible (compresores,

sopladores y Turbinas a gas).

Según la dirección de intercambio de energía entre fluido y rodete:

.-Turbo máquinas generadoras: Transforman la energía mecánica en energía de

presión cuando la energía es entregada por la máquina al fluido, y el trabajo se

obtiene de este. En este género entran las bombas, sopladores, turbocompresores,

ventiladores, y otros.

.-Turbomáquinas motoras: Transforman la energía de presión en energía

mecánica cuando la energía es entregada por el fluido a la máquina, y esta

entrega trabajo mecánico. La mayoría de las turbo máquinas motoras son llamadas

turbinas, pero dentro de este género también entran los molinos de viento.

Posteriormente la energía mecánica puede ser transformada en otro tipo de

energía, como la energía eléctrica.

Las Turbomáquinas Hidráulicas Generadoras son las bombas y los

ventiladores. El fluido de trabajo en un v entilador e s aire por l o que el

incremento de presión es muy bajo pudiéndose aproximar como un fluido

incompresible. Las Turbomáquinas Térmicas Generadoras son los compresores. A

su vez las Turbomáquinas Térmicas Motoras son las turbinas a gas donde el fluido

de trabajo es un gas producto de c ombustión y la turbinas a vapor el fluido de

http://es.wikipedia.org/wiki/Ventilador�

http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina�

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica�

30

trabajo es vapor de agua sobrecalentado. Las Turbomáquinas Hidráulicas Motoras

son las turbinas hidráulicas: Axial, Kaplan, Francis y Pelton entre otras.

De acuerdo con el cambio de presión en el rotor:

.-Acción o impulso: No existe un cambio de presión en el paso del fluido por el

rotor. Son de este tipo de turbomáquinas las turbinas tipo Pelton, para la cual toda

la energía disponible del fluido se convierte en energía cinética.

.-Reacción: Existe un cambio de presión en el paso del fluido por el rotor. En

éstas una porción de la energía del fluido se convierte en energía cinética antes de

entrar al rotor. Las turbinas tipo: Francis, Dériaz, Kaplan y de hélice pertenecen a

este tipo de turbomáquinas.

De acuerdo con la forma que presenta el fluido proyectado a través del rotor o

dirección de flujo (ver Gráfico 8):

.-Radial: Si la trayectoria que sigue el fluido es principalmente normal al eje de

rotación (centrífugas o centrípetas según la dirección de movimiento).

.-Axial: Cuando la trayectoria del fluido es fundamentalmente paralelo al eje de

rotación.

.-Diagonal: Flujo diagonal al eje de rotación.

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n�

31

Gráfico 8. Algunos modelos de Turbomáquinas según la dirección de flujo. Tomado de “Mecánica de Fluidos Turbomáquinas” por H. Chirinos, 2009, [Texto en línea]. Disponible : http://hugochirinos.wikispaces.com/file/view/introduccion.pdf [Consulta: 2009, Septiembre, 22]

Turbinas Pelton y Francis. Generalidades

La turbina es el elemento que aprovecha la energía cinética y potencial del

agua para producir un movimiento de rotación, y que transferido mediante un eje

al generador produce energía eléctrica.

Turbina Francis. Pertenece al grupo de las turbinas de reacción, es decir que

el flujo se produce dentro de una cámara cerrada bajo presión. La Turbina Francis

se caracteriza por que recibe el flujo de agua en dirección radial, orientándolo

hacia la salida en dirección axial; por lo que se considera como una turbina de

flujo radial.

En los Gráficos 9a y 9b observamos que la turbina está compuesta por:

.-Un distribuidor que contiene una serie de álabes fijos o móviles que orientan

el agua hacia el rodete.

.-Un rodete formado por una corona de paletas fijas, torsionadas de forma que

reciben el agua en dirección radial y lo orientan axialmente.

32

.-Una cámara de entrada, que puede ser abierta, o cerrada de forma espiral

para dar una componente radial al flujo de agua.

.-Un tubo de aspiración o de salida de agua, que puede ser recto o acodado, y

se encarga de mantener la diferencia de presiones necesaria para el buen

funcionamiento de la turbina.

a)

b)

Gráfico 9 a) y 9b). Modelo de Turbina Francis. Tomado de “Centrales Hidroeléctricas” por Universidad Centroamericana José Simeón Cañas, 2004, [Documento en línea]. Disponible: http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m200018/doc1.pdf [Consulta: 2009, Septiembre, 21]

Turbina Pelton. Es la turbina de acción más utilizada (ver Gráfico 10). Consta

de un disco circular, o rodete, que tiene montados en su periferia una especie de

cucharas de doble cuenco o álabes. El chorro de agua, dirigido y regulado por uno

o varios inyectores incide sobre estas cucharas provocando el movimiento de giro

de la turbina. La potencia se regula a t ravés de los inyectores que aumentan o

disminuyen el caudal de agua. En las paradas de emergencia se utiliza un

deflector de chorro, que lo dirige directamente hacia el desagüe, evitando así el

embalamiento de la máquina. De esta forma se puede realizar un cierre lento de

los inyectores sin provocar golpes de presión en la tubería forzada.

33

Gráfico 10. Modelo Turbina Pelton. Tomado de “Centrales Hidroeléctricas” por Universidad Centroamericana José Simeón Cañas, 2004, [Documento en línea]. Disponible: http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m200018/doc1.pdf [Consulta: 2009, Septiembre, 21]

Bancos de Ensayos y Curvas Características para Turbinas

Los ensayos de turbinas y la obtención de sus características funcionales se

obtienen en un banco de ensayos o de pruebas. Usualmente se experimenta sobre

el modelo debido a los grandes tamaños de los prototipos de escala real. El

Gráfico 11, muestra un esquema general de banco de pruebas para una turbina

Francis.

34

Gráfico 11. Banco de Prueba de Turbina Francis. Tomado de “Guía Laboratorio Turbomáquinas”, por Manuel Ávila, 1991 ULA. Facultad de Ingeniería, (p.16) .Mérida.

Señala Coz (1995) al re ferirse a las curvas características de una turbina

hidráulica como aquellas que representan el comportamiento de la maquina frente

a la condiciones variables de servicio u operación. Más específico lo es Lecuona y

Noguera (2000) al señalar que mediante las curvas características se pueden

conocer las actuaciones globales de la máquina como función de los parámetros

operativos. Se distinguen como parámetros operativos: el caudal de fluido y la

velocidad de giro, las cuales son generalmente variables independientes. A su

vez, la altura o cabeza de turbina, la potencia mecánica en su eje, y el rendimiento

o eficiencia de la máquina serán las variables globales o variables dependientes.

Es decir Q, η, Pm = f (H, n, D, ρ, μ) donde:

Q= caudal de agua turbinada.

H= cambio de altura o cabeza de turbina.

35

D= diámetro del rotor.

Pm = potencia mecánica de eje.

η = Eficiencia o rendimiento de la máquina.

μ = Viscosidad del agua.

ρ = densidad del agua.

n= velocidad de giro ( RPM)

Estas relaciones de dependencia se ilustran en Gráfico 12.

Gráfico 12. Curvas características para turbinas.

Independientemente del tipo de curvas características, las de desarrollo o las

de operación, éstas son equivalentes, pues solo replantean la dependencia

funcional para mostrar la información de manera más cómoda al usuario.

Al mismo tiempo su elaboración requiere de la experimentación como

herramienta de apoyo en la investigación en el cual la con modelos a escala se

complementa con métodos analíticos de solución que involucran ecuaciones

diferenciales como métodos p ara analizar sistemas de ingeniería relacionados

con el flujo de fluidos. Refieren Cengel y Cimbala (2006) la utilidad de la

experimentación en la ingeniería moderna para determinar valores de presión y

potencia entre otros, a lo que se complementan métodos computacionales de

36

dinámica de flujos para obtener campos de flujo, esfuerzos de corte, velocidad y

perfiles de presión. Por lo que experimentación y análisis computacional resultan

complementarios.

La práctica ingenieril ha hecho que existan dos tipos de curvas características:

Curvas características de desarrollo o universales. Usadas en los ensayos de

laboratorio con modelos a escala reducida en los que se representan magnitudes

como: caudal, velocidad de giro, diámetro, rendimiento, c abeza de turbina, y

como variable geométrica, la orientación de los alabes directrices o toberas

denominadas en se conjunto distribuidor. En cada grafico de máquina se tendrán

tantas curvas características para la misma variable dependiente como valores

fijos se tomen de los parámetros que rigen la configuración geométrica. El

Gráfico 13 muestra un modelo de estas curvas.

Gráfico 13. Curvas características de una Turbina Francis obtenida de un m odelo con diámetro 460mm. Tomado de “Turbomáquinas Hidráulicas” .por Claudio Mataix ,1975. (p. 988), Espaňa.

37

Curvas características de operación o de explotación. Señala Lecuona y

Noguera (2000) que éstas son usadas por l os operadores de una central

hidroeléctrica. Se elaboran a régimen de velocidad constante (del generador), así

como a diámetro constante de la turbina. La altura H puede variar conforme

cambia el nivel del embalse. Es habitual que se muestren magnitudes globales

como la eficiencia con la potencia en el otro eje de coordenadas al ser ésta la

variable de interés para la operación. Al respecto, se muestra como ejemplo el

Gráfico 14.

Gráfico 14. Curvas características operación de una Turbina Francis de diámetro de rotor 6,3m. Tomado de “Turbomáquinas. Procesos, análisis y tecnología”, por A. Lecuona Neuman, y J. I. Nogueira Goriba, 2000, (p. 264), Espaňa.

38

Banco de Pruebas H81 de STEM-ISI Impianti

La instalación hidráulica del banco de pruebas H81, con turbina Pelton y

turbina Francis está constituida esencialmente por:

.-Una tina de alimentación y de descarga

.-Dos bombas de servicio

.- Un circuito hidráulico apropiado

.- Una turbina Pelton

.- Una turbina Francis

.- Una dínamo freno

.- Instrumental de regulación y control.

El Gráfico 15 muestra un croquis del banco H81 y sus conexiones de

tuberías.

Gráfico 15. Esquema de instalación del banco H81. Tomado de “Monografía Técnica n 1109/E H77 H81 Pelton Francis Modular “(SA). STEM-ISI Impianti Italia.

39

Circuito Hidráulico del Banco H81

La tina constituye principalmente, una reserva del agua que trabaja en circuito

cerrado y, un colector de descarga aguas abajo de las turbinas. La misma

desempeña también funciones estructurales ya que viene utilizada como base de

apoyo para las dos máquinas hidráulicas y el dinamo-freno. En la base de la tina,

se encuentran las aspiraciones de las dos electrobombas de servicio, iguales entre

ellas, del tipo a revoluciones constantes.

El accionamiento de una válvula de dos vías, colocada entre las dos electro

bombas, permite en modo particular, la conexión de éstas en serie o en paralelo.

Además, es posible hacer funcionar una sola de las dos bombas desconectando la

segunda. Sobre la tubería de aspiración de la bomba de la derecha (Bomba 2 del

Gráfico 15) está montada una válvula de retención para permitir el paso del flujo

en una sola dirección.

Un sistema de tuberías permite la alimentación de una o de la otra turbina y,

también, la recirculación del agua a la tina. La tubería de recirculación, dotada de

válvulas, permite efectuar pruebas sobre las bombas. Las dos tuberías que

alimentan respectivamente las turbinas Pelton por una parte y Francis por la otra,

poseen ambas una válvula de cierre para permitir el funcionamiento de una

máquina con la exclusión de la otra y, de un manómetro que indica la presión de

ingreso en la turbina.

El agua que pasa por el distribuidor de la máquina hidráulica que se está

utilizando, trabaja sobre el rotor y va descargada luego en la tina colectora. Para

poner a s eco la instalación, se encuentra presente en el fondo de la tina una

válvula de cierre rápido.

40

Turbina Pelton del Banco H81

La turbina Pelton está formada por 3 partes principales:

.- Introductor o Inyector: formado por un cuerpo troncocónico por el cual

puede desplazarse axialmente una aguja, cuya carrera se puede regular accionando

manualmente un volante colocado externamente; de esta manera se puede también

regular el caudal.

.- Rotor: formado por una rueda móvil y un eje horizontal. La rueda es del tipo

clásico con alabes en forma de doble cuchara.

.-Carcasa: con funciones de soporte mecánico y de protección.

Con fines didácticos, la turbina Pelton presenta un visor frontal que permite la

observación directa del chorro y del rotor. Sobre la carcasa del H81, se encuentra

montado un deflector del chorro con mando manual mediante palanca externa.

El Gráfico 16 muestra un croquis de la turbina Pelton.

41

Gráfico 16. Esquema de turbina Pelton. Tomado de “Monografía Técnica n 1109/E H77 H81 Pelton Francis Modular “(SA). STEM-ISI Impianti Italia.

Turbina Francis del Banco H81

La turbina hidráulica de reacción del tipo Francis es a eje horizontal, simple, en

cámara forzada de espiral y esta formada principalmente por:

.- Cámara forzada de espiral (caracol): desempeña la tarea de llevar el agua en

la periferia del distribuidor en modo tal de alimentarlo a lo largo de toda su

circunferencia.

.- Distribuidor: de tipo Finck con álabes móviles; los álabes están conectados a

un anillo externo, lado descarga, cuya rotación permite variar simultáneamente

42

todos los espacios abiertos por donde pasa el flujo, desde una abertura máxima

hasta aquella de caudal prácticamente nulo.

.-Rotor: constituido por el eje y la rueda móvil.

.-Descarga: está constituida por un c onducto axial, en parte transparente, para

permitir, siempre por motivos didácticos, la observación directa de la descarga

misma. El trozo final del tubo de descarga, aguas abajo del codo, está formado por

un difusor troncocónico de eje vertical para la recuperación de la energía cinética

poseída todavía por el agua a la salida de la rueda.

Las Gráficos 17y 18 muestran elementos de la turbina Francis.

Gráfico 17. Vista y referencias de turbina Francis. Tomado de “Monografía Técnica n 1109/E H77 H81 Pelton Francis Modular “(SA). STEM-ISI Impianti Italia.

43

Gráfico 18. Vista de turbina Francis. Tomado de “Monografía Técnica n 1109/E H 77 H81 Pelton Francis Modular “(SA). STEM-ISI Impianti Italia

Instrumental Hidráulico del H81

El instrumental hidráulico está constituido esencialmente por:

.-Un manómetro para la medida del salto motor sobre la turbina Pelton.

.-Un manómetro para la medida del salto motor sobre la turbina Francis.

.-Un flujómetro para la medida del caudal del agua instantáneo pasado,

colocado sobre la tubería de impulsión del sistema de bombeo.

.-Tres manómetros para el control de las presiones de aspiración y de

impulsión de las dos bombas de servicio.

44

Freno del Banco H81

Sobre el eje de las turbinas, en posición intermedia respecto a las mismas, se

encuentra montado un g enerador eléctrico en corriente continua (dinamo freno)

apto para frenar y regular la potencia erogada por la turbina en acción, también a

velocidades distintas de la nominal.

El dinamo es una máquina normal en corriente continua co n colector de

láminas. La carga de armadura es de tipo resistiva, realizada con resistencias

estancas sumergidas que pueden ser sumergida en la misma agua que alimenta las

turbinas.

Dos juntas elásticas desacoplables manualmente cuando la máquina esta

parada, permiten la conexión de una de las dos turbinas al dinamo-freno, con la

previa desconexión de la otra.

Panel de mandos eléctricos del banco H81

El panel mandos eléctricos (ver Gráfico 19) está sistematizado sobre una

apropiada base en posición frontal. Como la instalación está dotada de dinamo

freno, sobre la parte frontal del panel se encuentran:

.-Un interruptor general para suministrar energía al panel.

.-Un voltímetro para el control de la medida de la velocidad angular de la

turbina en funcionamiento para una equivalencia de: 10V= 3000rpm (dato

suministrado por el fabricante).

.-Un voltímetro para el control del momento o torque con una equivalencia

de 10V= 23N.m (dato suministrado por el fabricante).

.-Dos interruptores para el arranque y la parada de las electrobombas.

.-Un voltímetro y dos amperímetros para la medida y el control

respectivamente de la tensión y de las intensidades de corriente de alimentación

de las dos electrobombas.

.-Un interruptor de campo para permitir la excitación de la dinamo-freno.

45

.-Un regulador de campo para permitir un final de regulación de tal excitación

y, por l o tanto, del número de revoluciones del grupo turbodinamo en

funcionamiento.

.-Un panel digital para despliegue de medidas de tensión y corriente sobre el

dinamo freno y rpm, entre otros.

El Gráfico 19 muestra algunos elementos del panel de mandos eléctricos del

banco H81.

Gráfico 19. Panel de mandos eléctricos del banco H81.

Pantalla de mediciones de V e I del generador, RPM y par nominal del motor, entre otros

Voltímetro para medir momento o torque de máquina

Voltímetro para medir revoluciones del eje de turbinas

Control de freno

Interruptor (On- Off) del Panel digital del Inverter

46

Dimensiones y especificaciones del Banco H81

Seguidamente se describen las dimensiones y especificaciones del Banco H81:

Dimensiones extremas totales 2,2 x 1,05 x 2,1 m

Alimentación eléctrica Trifásica + tierra, Hz, KVA.

Cotas principales (respecto al fondo del depósito o tina):

eje de la turbina 1023 mm

centro de la sección de aspiración

de las bombas 130 mm

centro del cuadrante del manómetro

en el ingreso de la turbina Francis 1420 mm

sección de ingreso del difusor 873 mm

sección de salida del difusor 175 mm

desnivel (zm — Za) 190 mm

desnivel Λ z 117 mm

Diámetros internos:

aspiración bombas n° 1 y n° 2 Da1=Da2=81,6 mm

impulsión bombas n° 1 y no 2 Dm1=Dm2= 53,8 mm

impulsión bombas nº 1 + nº 2

recirculación, alimentación Pelton, alimentación Francis D=81,6 mm

sección de toma del manómetro en el ingreso del caracol D1 =81,6 mm

tubo horizontal de descarga en perspectiva 9Omm

Electrobombas Nº1 y Nº2 (Datos de placa):

casa constructora SALVATORE ROBUSCHI

tipo: centrífuga

Q = 60 m3/h max 24 m3/h min

47

9,2 kw, 220 /380 V, 41,5/ 24 A, 60 Hz

Turbina Pelton (datos nominales de funcionamiento):

salto motor o cabeza de turbina H = 55 m

caudal Qv=26 nr3/h

potencia rendida Pm =3 kW

velocidad de rotación = 1500 rpm

eje horizontal

rotor: número de álabes 18

diámetro máximo 242 mm

diámetro medio. 175 mm

introductor o inyector: carrera de la clavija 43 mm

Turbina Francis (datos nominales de funcionamiento):

salto motor H = 20 m

caudal Qv = 65 rn3/h

potencia rendida Pm = 3 kW

velocidad de rotación = 3000 rpm

eje horizontal

caracol: diámetro de ingreso 100 mm

distribuidor: número de alabes 10

altura de los álabes 12 mm

rotor: número de alabes 8

diámetro de ingreso 121 mm

diámetro de salida 89,5 mm

difusor: diámetro inicial 102 mm

diámetro final 200 mm

ángulo de semi divergencia 4º

48

Máquina eléctrica (Generador):

Tipo Motor asíncrono

75/8,6 KW, 380/420 V, 13,9/14,2 A,

Revoluciones 2920/3510 rpm.

Aspectos Metodológicos

Ante la necesidad de delimitar los procedimientos metodológicos para dar

respuestas organizadas a las interrogantes planteadas y, en el marco del objetivo

central propuesto (desarrollar pruebas operacionales del banco de ensayos del

IUTEB), esta investigación p resenta características propias de la práctica

ingenieril dada la necesidad de presentar propuestas ante la falla de índole

operacional en el funcionamiento de las máquinas. No con ello se pretende

menoscabar el rigor necesario para abordar y presentar una investigación, en tal

sentido Gil (2008) propone la estrategia de un proceso sistemático de

resolución de problemas que permita lograr su solución satisfactoriamente.

Tal estrategia, requiere de la identificación esencial del problema con sus

variables y l imitaciones, identificar variables de solución y sus restricciones, el

análisis de causa-efecto, proponer y evaluar alternativas de solución, y finalmente

especificar e i mplementar l a solución al problema de falla presentado en el

banco H81 del IUTEB. Posteriormente, normalizado el funcionamiento

operacional del banco H81, se realizarán los ensayos experimentales conducentes

a construir las curvas características de las turbinas Francis y Pelton. Es de aclarar

que sobre la marcha será necesario construir las bases teóricas propias del manejo

del equipo, los modelos matemáticos representados por las ecuaciones útiles a los

ensayos, el procedimiento para la toma de mediciones del instrumental del banco,

49

todos ellos previos a la tabulación y representación de las curvas de explotación

de las turbinas.

Tipo de Investigación.

Dada la naturaleza de éste trabajo no e s posible plantearlo dentro de un solo

esquema de organización investigativo. La necesidad de operacionalizar el banco

H81 corrigiendo su desperfecto para dar paso a las primeras pruebas hace

imposible limitarlo dentro de un solo tipo de investigación. Así pues las

necesidades en el banco de ensayos H81, en lo relativo a pruebas

operacionales, procedimientos de ensayos y curvas características se corresponden

con los siguientes tipos de investigación:

Investigación de campo. Dado que se medirán variables relativas al

funcionamiento del Banco H81: vibraciones, velocidad de giro de las turbinas,

alineación, voltaje e i ntensidad de corriente, torque y variables propias de flujo

como caudal, presión tal y como lo señalan los instrumentos de medición y que

servirán para correlacionarlos entre los objetivos y su realidad misma a f in de

profundizar en la comprensión de los fenómenos encontrados y de plantear

investigaciones. A juicio de Arias (2006), esta investigación trata de

la “… recolección de datos directamente de los sujetos investigados, o de la

realidad donde ocurren los hechos (datos primarios), sin manipular o c ontrolar

variable alguna, es decir, el investigador obtiene la información pero no altera las

condiciones existentes…”(p.31), y que a posterior su aplicación será conducente a

establecer o estructurar el comportamiento operacional del banco H81. Tanto

Arias (2006) como Balestrini (2002) y dado el nivel de profundidad de la

investigación la misma puede ser clasificada como del tipo descriptiva. No

obstante, atendiendo a q ue se quiere reconocer y evaluar los elementos del

desperfecto del banco de ensayos a f in de llegar a s olución también será esta

investigación del tipo diagnóstico.

50

Investigación documental. El proceso “… basado en la búsqueda,

recuperación, análisis, critica e interpretación de datos… obtenidos y registrados

por otros investigadores en fuentes documentales…” (Arias ob. cit. p.27) a partir

de los cuales fue posible revisar la bibliografía sobre el tema tratado con el fin de

establecer un marco teórico que permita juzgar, diagnosticar el correcto

funcionamiento del banco H81 y que al mismo tiempo pueda discriminarse los

correctos resultados de una gama de posibilidades de curvas características hacen

de este trabajo un investigación del tipo documental.

Diseño de la investigación

En el marco de la investigación planteada, referida a las Pruebas operacionales

del Banco De Ensayos H81 Para Turbinas Pelton y Francis Del IUTEB, se define

el diseño de la investigación como el plan que permite orientar técnicamente el

proceso de investigación. Sobre la base de los objetivos planteados en este

estudio, la investigación se orienta a un diseño de campo. Se pretende observar el

funcionamiento del banco H81 emplazado en el laboratorio de Termo Fluidos del

IUTEB, recolectar y tabular las mediciones indicadas en el panel digital de

mediciones así como en el instrumental analógico del que está provisto para su

posterior análisis.

Previamente a la tabulación de la medidas, producto de las pruebas a las que

será sometido el sistema turbogenerador, se analizara y corregirá la falla de

desacoplamiento del sistema Turbina Pelton y generador, todo esto con miras al

aseguramiento de la operatividad del sistema. Para el análisis de la falla mecánica

se empleará el D iagrama de Causa-Efecto como herramienta inicial para la

evaluación de las alternativas de solución.

51

Técnicas e instrumentos para la medición y recolección de datos

Por tratarse de un ú nico banco de ensayos sobre el cual se r ealizarán

mediciones propias de la práctica ingenieril y que sobre el mismo durante su

proceso inicial de puesta en marcha los instrumentos de medición fueron

instalados correctamente siguiendo las normas y procedimientos propios del

fabricante a los cuales no se obtuvo acceso, se dará por sentado que los mismos

están correctamente calibrados

De conformidad con este estudio y en función de los datos que se requieren,

tanto en el Marco Teórico como en el Marco Metodológico se sitúan las técnicas e

instrumentos para la medición y recolección de datos. Empleándose de ellas

fundamentalmente para el análisis de las fuentes documentales: observación

documental, fichaje bibliográfico, resúmenes, notas de referencias bibliográficas,

presentación de cuadros y gráficos, presentación del trabajo escrito.

Al mismo tiempo, para el apoyo de las actividades de campo se introducirá la

técnica de la observación directa del objeto de estudio junto con la entrevista no

estructurada. En ambos casos, instrumentos como: libreta de notas, cámaras

fotográficas y de videos resaltan por su utilidad. Para el procesamiento de las

mediciones y el análisis de los datos y por tratarse solo de construir las gráficas

correspondientes se empleará el software Excel como técnica de procesamiento de

datos.

Como herramienta de apoyo para el diagnóstico de la falla del acoplamiento y

la posterior verificación del funcionamiento confiable del sistema turbogenerador

se emplearán: un vernier, un re loj comparador y un a nalizador de vibraciones

marca CHADWICK- HELMUTH modelo 177M-6V acompañado de una pistola

de luz estroboscópica para la medición de la velocidad de giro de la turbina.

Dada la naturaleza del banco de ensayos y en atención a la posibilidad de

repetir las pruebas piloto en cada turbina es propicia la posibilidad de efectuar

repetidos experimentos hasta asegurar un comportamiento operacional acorde a

lo esperado y a las tendencias de funcionamiento de las turbinas debidamente

sustentadas en las fuentes documentales.

52

Análisis e interpretación de resultados

Conforme al tipo investigación aquí presentada se hizo necesario introducir un

conjunto de operaciones a los que serán sometidos los resultados con el propósito

de organizarlos a fin de dar respuestas a los objetivos planteados sobre la base del

marco teórico. Así pues, en esta etapa serán propios procesos de: clasificación,

tabulación de los datos y en especial el análisis de los gráficos obtenidos de las

mediciones en las pruebas efectuados y confrontados tanto con las tendencias

de comportamiento de sistemas turbogeneradores como con las leyes que rigen

los sistemas termodinámicos.

53

CAPÍTULO III

ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

En este capitulo se presentan, describen y discuten las pruebas operacionales

realizadas en el Banco H81 del IUTEB y que evidencian el logro de los objetivos

planteados en este trabajo.

Pruebas Operacionales Del Banco H81

Las pruebas operacionales realizadas en el banco de turbinas H81 constituyen un

conjunto de ensayos realizados con el fin de evaluar el funcionamiento del mismo. Se

trata aquí de valorar desde el punto de vista operativo y funcional la utilidad por sobre

todo académica y de aplicación en laboratorios del tipo educativo para el cual fue

construido. En lo sucesivo se desarrolla lo relativo a l a corrección de la falla de

desacoplamiento de la turbina Pelton para posteriormente realizar los ensayos para la

toma de medidas que permitirán construir las curvas características. Finalmente,

obtenidas las gráficas de las curvas características, analizar sus resultados.

Desacoplamiento de la Turbina Pelton

Hacer del banco de turbinas H81 del IUTEB un banco de ensayos útil

instruccional, academica e investigativamente requiere de 3 etapas de trabajo:

1. Diagnosticar y corregir el fenómeno de desacoplamiento de la turbina

Pelton y el generador.

54

2. Determinar tanto la rutina de operación como la de toma de datos

experimentales durante el uso del H81, por l o que es obligatorio

establecer un procedimiento para el manejo del equipo y registro de

las mediciones, lo que constituyen la llamada experiencia práctica.

3. Tomadas las lecturas o registros de mediciones durante la experiencia

práctica comprobar si con ellas es posible, conforme a los modelos

físico matemáticos propios de las turbinas, construir las curvas

características del sistema.

En t érminos prácticos el desacoplamiento del conjunto generador y turbina

Pelton imposibilita proseguir con la experiencia de laboratorio una vez iniciada la

sesión teórico práctica del ensayo y la valoración de los fenemenos energéticos

propios de la turbinas hidráulicas. Se pudo fotografiar el fenómeno de falla mientras

se realizaba una prueba experimental de laboratorio y que seguidamente se muestra

el Gráfico 20, nótese la tendencia del acople a liberarse de su posición de enganche.

Secuencia del fenómeno

Gráfico 20. Secuencia dinámica de la falla.

55

Pensando en la falla en del sistema de acople turbina-generador como su fuera

una “caja negra”, y si definimos en términos de estado inicial (EI), el problema. Al

mismo tiempo, el producto de su solución será el estado final (EF). Entre EI y EF

tendremos la(s) solución(es) al problema. Los criterios, están r eferidos a las

consideraciones a tomar en cuenta en esta fase de análisis del problema situado en la

caja negra . El Gráfico 21 muestra los elementos para estas definiciones.

Estado Inicial:Desacoplamiento del Sistema Turbina Pelton - Generador

Estado Final: Construcción de las Curvas Características H, Pmec y N versus Q del sistema Turbina-GeneradorCriterios:

TorqueRPMDimensionesTiempo posible de operación segura del equipoConfiabilidad de enganche del acopleRecursos economicos y costos

Gráfico 21. Representación gráfica de la “caja negra”, el problema y s u estado ideal de funcionamiento

Técnicamente, el acople del tipo flexible de dentado interior tiene aplicaciones en

las que están presentes desalineaciones en los ejes acoplados, vibraciones y choques.

Mas específicamente, el empleado en el banco H81 designado como M32 por la casa

56

comercial BoWex (ver Gráfico 19) y cumple con las siguientes características:

.-Acoplamiento de doble efecto cardán.

.-De aplicación en las áreas de fabricación de maquinaria en general e hidráulica.

.-Libre de mantenimiento (combinación poliamida/acero).

.-Absorción de desalineaciones, axial-radial y angular de los ejes a unir.

.-Sencillo montaje axial.

.-Para temperaturas desde -25°C hasta 100°C.

Gráfico 22. Modelo de acople BoWex M32.

Mas detalles sobre las especificaciones técnicas del acople se muestran en Anexo

A.

Los Gráficos 23 y 24 muestran otra vista del acople del sistema. En éstas se

observa el eje de menor sección o diámetro que co rresponde al generador (lado

izquierdo de Gráfico 23).También se muestra el acople enganchado (ver Gráfico 24).

57

Gráfico 23. Acople de la turbina y dirección de acoplamiento

Gráfico 24. Acople en posición a tope con eje de generador

El desplazamiento axial de la camisa externa de poliamida del acople, junto con el

posicionamiento de una bola esférica interna al mismo, en una ranura practicada en el

eje sirve como mecanismo de enganche o aseguramiento. En consecuencia el eje de la

turbina arrastra consigo al del generador durante su giro. Los Gráficos 25 y 26

muestran las ranuras p racticadas al árbol o eje donde se posicionará la esfera de

enganche.

Gráfico 25. Vista de abocardado de enganche

Gráfico 26. Vista de abocardado interno en posición de enganche

58

El Banco H81 durante una prueba permite efectuar mediciones cuantitativas de

variables mecánicas, de fllujo, eléctricas, que de alguna manera estén relacionadas

con el problema o falla, tal y como se señalan seguidamente :

.-RPM del eje acoplado

.-Torque en el eje acoplado

.-Voltaje generado

.-Corriente generada

.-Caudal de fluijo de agua

.-Presión de flujo de agua

.-Tensión y voltaje del equipo suministrado a las bombas.

Dado que la falla de desacoplamiento ocurre durante la marcha del banco H81 y,

como antes de que ocurra algunas mediciones se han podido efectuar se pueden

definir algunas variables y sus limitaciones relacionadas con el problema de estudio.

Ensayos sucesivos en el banco H81 mostraron que esta falla ocurre en un rango de

valores de medicion, mas no en unos valores fijos, lo que les confiere un dinamismo

como tal . En el Cuadro 1, se observa el desglose de variables y limitaciones.

Evidentemente, las varibles de entrada están asociadas con EI y l as variables de

salida con EF.

59

Cuadro 1 . Análisis del problema, variables y limitaciones

VARIABLES DE

ENTRADA LIMITACIONES DE

ENTRADA VARIABLES DE

SALIDA LIMITACIONES DE

SALIDA

Enganche manual Según la presión dada a la esfera de acople Tiempo de enganche Todo lo que dure la

experiencia práctica

RPM operacionales Max 7500 de diseño RPM de arrastre del eje de generador Igual en ambos ejes

Torque operacional 120 Nm de diseño Torque de marcha del eje acoplado Igual en ambos ejes

Presión, caudal, voltaje y corriente generada

Medidas mientras dure el acoplamiento

Mediciones instrumentales del

equipo

Indicación de variables medidas y propias del

proceso

Vibraciones Consecuencia de la

condicion de la maquina

Vibracion operacional La menor posible

Alineación de ejes Consecuencia de la

condición de la máquina

Alineación permitida Hasta donde lo permita los soportes de los ejes

Desplazamiento axial del acople hasta la

posición de enganche

A tope por eje de generador

Desplazamiento axial del acople hasta

posición de enganche En posición confiable

La solución del problema estará influenciada por las restricciones sobre las que se

enmarca una solución viable, sus características y el conjunto de bases de preferencia

de la solución o criterios. El Cuadro 2 señala tales elementos.

60

Cuadro 2. Variables de Solución, Restricciones y Criterios para la

Búsqueda de Alternativas de Solución.

Variables de solución: Tipo de acople Dimensiones del acople Torque máximo de acople RPM máximo de acople Material de acople Mecanismo de enganche de acople Desalineaciones Vibraciones

Restricciones: Acoplamiento de turbinas uno por vez Espacio disponible para acople Diámetro del eje motriz Recursos disponibles Baja vibraciones Desalineación permisible Compatibilidad con diseño de máquina Tiempo de acople suficiente para medir datos de curvas características Solicitaciones mecánicas del banco de ensayos( Torque, RPM)

Crirerios: Operación segura Bajo y fácil mantenimiento Confiabilidad Costo de reparación Costo de reemplazo

Uso: Vida útil del banco H81

Análisis de Causa - Efecto del Problema

Para la d eterminación de la causa del problema emplearemos el modelo de

Diagrama de Causa-Efecto de Ishikawa , cuyos elementos de análisis fueron producto

de la experiencia profesional y de la ejercicio de la ingeniería. Su discusion y

análisis se hizo con participantes del PostGrado en Ingenieria Mecanica de la

Universidad Nacional Experimental Politecnica Antonio Jose de Sucre Vice-

Rectorado Puerto Ordáz (UNEXPO). El diagrama de Ishikawa (ver Gráfico 27)

muestra los factores considerados en el análisis de la falla del acoplamiento.

61

Desacoplamiento Eje Turbina Pelton - Generador

DISEÑO VIBRACIONES

OPERACIÓN MATERIALES

Velocidad

Torsión

Vibración Axial

Vibración Radial

DesalineaciónAcoplamiento

Mecanismo Asegurador

Polimero

Coeficiente elasticidad Resorte

Desbalance Turbina

Desbalance GeneradorRodamientos

Caudal

Presión

Lubricación

Gráfico 27. Diagrama de Ishikawa considerado para el analisis de causa-efecto del desacolpamiento del banco H81.

Analizando el diagrama de Ishikawa (causa-efecto) antes mostrado tenemos:

Polímero del Embrague

Causas debido a Materiales

Coeficiente de Elasticidad del resorte

Polímero del Embrague

Se verificó las características técnicas del material de Nylon del embrague y una

inspección visual arrojó ausencia de daños.

62

Coeficiente de Elasticidad del Resorte

Se verificó las características técnicas del material del resorte y una i nspección

visual, no encontrándose evidencia de daños, por deformación.

Caudal del agua en el sistema

Causas debido a Operación Velocidad del sistema

Presión del sistema

Torsión generador en el sistema

Caudal del agua en el sistema

Se efectuó el chequeo operacional del sistema con carga y sin carga eléctrica

(Freno), arrojando los siguientes datos:

Con Carga eléctrica = 33 m3/h, antes de que falle el acoplamiento.

Sin carga eléctrica = 4 m3/h, antes de que falle el acoplamiento.

Según las especificaciones técnicas del equipo el máximo caudal es de

60 m3/h, caudal bombeado por el sistema sin problema alguno.

Velocidad del sistema



Con Carga eléctrica = 12 rpm, 30 s antes de que falle el acoplamiento.

Sin carga eléctrica = 6300 rpm, 60 s antes de que falle el acoplamiento.

Según las especificaciones técnicas del equipo la máxima velocidad es de

3000 rpm. Si bien del lado de la Turbina Francis esta velocidad de giro no es lograda,

63

su acople no muetra el mismo tipo de falla por lo que se descarta esta variable como

casusa del problema.

Presión del sistema



Con Carga eléctrica = 3,6 bar, antes de que falle el acoplamiento.

Sin carga eléctrica = 4,1 bar, antes de que falle el acoplamiento.

Según las especificaciones técnicas del equipo la máxima presión del sistema es de

7 bar, logrados en condiciones normales de operación.

Torsión generada en el sistema



Con Carga eléctrica = 23 N.m antes de que falle el acoplamiento.

Sin carga eléctrica = 57,5 N.m antes de que falle el acoplamiento.

Según las especificaciones técnicas del equipo el máximo torque de operación es

de 23 N.m, parámetro que se encuentra en condición normal.

64

Desalineación

Desbalance de la Turbina

Causas debidas a Vibraciones Vibración axial

Vibración radial

Desbalance Generador

Lubricación (Intervalo)

Desalineación

Se efectuó la verificación de la alineación de los elementos impulsores, con ayuda

de un comparador (dial), encontrándose dentro de 80 µm. Se efectuó comparación de

la alineación con el eje opuesto al sistema (turbina Francis), obteniéndose 60 µm. Se

puede concluir que dicha desalineación, se encuentra ligeramente por encima de los

valores obtenidos en el otro sistema, pero no influye de manera significativa en el

problema de desacoplamiento.

Desbalance de la Turbina

Se efectuaron pruebas operacionales no evidenciándose signos y síntomas de

vibración severa, que involucre al rodete de la turbina.

Vibración axial y radial.

Pendiente por chequeo con equipo analizador de vibraciones.

Desbalance Generador

Pendiente por chequeo con equipo analizador de vibraciones.

65

Lubricación (Intervalo)

Se verificó que el intervalo de lubricación no incide significativamente en la

aparición de vibraciones, que afecten el desacoplamiento del sistema.

Tipo de Acoplamiento

Causas debidas al Diseño Mecanismo Asegurador del Acoplamiento

Tipo de Rodamiento

Se verificó el tipo de acoplamiento empleado el cual es un acople del tipo flexible

de dentado interior ideal para elementos rodantes que poseen desalineaciones en sus

ejes acoplados, vibraciones. El empleado en el banco H81 designado como M32 de la

casa comercial BoWex cumple con todas las especificaciones técnicas descritas en el

planteamiento del problema.

Mecanismo Asegurador del Acoplamiento

Se procedió a la remoción del tornillo tipo “Allen”, el resorte y la esfera que

asegura el mecanismo, evidenciándose una desviación de aproximadamente 5 mm, de

la ranura de asegurado, con el área de alojamiento de la esfera, según se muestra en el

Gráfico 28.

66

Gráfico 28. Desplazamiento mecanismo asegurador.

Tipo de Rodamiento

Se efectuó la verificación del tipo de rodamiento empleado en el banco de pruebas

y este cumple con las especificaciones tecnicas de velocidad, cargas axiales, radiales,

torsión y temperatura de operación, descritas por el fabricante del equipo.

Al analizar cada uno de los elementos planteados en el diagrama de

causa – efecto, se detectó una anormalidad en el mecanismo asegurador del

acoplamiento del eje de la turbina Pelton al Generador.

En los Gráficos 29 y 30, producto del desmontaje del acoplamiento, se confirma

la suposicion de la causa de la falla de desacoplamiento de los ejes de la Turbina

Pelton y el generador. Puesto que, la huella dejada sobre el metal del eje motríz de la

turbina por la esfera indica que ésta no se encuentra en una posición correcta. Para

corregir esta anormalidad se hace necesario reposicionar la esfera de aseguramiento

en el lugar que garantice una fijacion confiable.

67

Gráfico 29. Vista de ranura y esfera de fijación Gráfico 30. Vista de medición de huella dejada por esfera en lugar no adecuado

Sin embargo cabe preguntarse, ¿qué impide a la esfera llegar a s u lugar de

enganche? Si obsevamos el Gráfico 31 conseguiremos la respuesta, el nylon de

poliamida de la sección de conexión entre los ejes se encuentra a tope con el disco

metálico del engranaje del generador lo que impide el desplazamiento axial completo

del acople hasta su posición final.

Gráfico 31. Vista de acople a tope con generador.

Nylon de poliamida a tope con eje del generador.

68

Alternativas de Solución

Ante la situación presentada se optó por un análisis del tipo “tormenta de ideas” y

la consulta a ex pertos de otras fuentes para la búsqueda de las alternativas de

solución. La compañía Stem-Isi Impianti fabricante del banco H81, previa consulta,

emitió las siguientes soluciones al problema de desacoplamiento: Aumentar la

presión del resorte de mecanismo asegurador, verificar si la esfera del mecanismo

está debajo del resorte, y por ultimo desplazar el acople axialmente hasta otra

posición.

Por su parte PROINGET, compañía instaladora del banco H81, emite los

siguientes criterios: corregir la horizontalidad del H81, alinear los ejes de las

turbinas, verificar el desgaste del acople y corregir vibraciones.

De la evaluación de la alternativas de solución se propuso que mecanizar el nylon

de poliamida en un longitud axial suficiente para que el acople se desplace lo

necesario hasta lograr su enganche, es una solución posible al problema.

Sin embargo, cabría preguntarse ¿qué garantías se tienen de no afectar las

solicitaciones mecánicas sobre las cuales fue diseñado el acople? En tal sentido, es

sabido que las condiciones de diseño del acople, específicamente, la velocidad de giro

de 7500 rpm y el torque de 12N-m son muy superiores a l as condiciones

operacionales de 3000 rpm y 23 N -m a l as que estará sometido en el banco (ver

Anexo A). Por consiguiente, no tendrá efecto importante el mecanizado sobre la

resistencia mecánica del acople.

En líneas generales las alternativas de solución para garantizar un enganche o

acoplamiento entre los ejes de la Turbina Pelton y el Generador se indican

seguidamente en el Cuadro 3.

69

Cuadro 3. Resumen de las Alternativas de Solución

Propuesta por : Solución Stem Isi impianti PROINGET Grupo de Ingenieros

de Postgrado Ajustar el tornillo y la esfera del acople

x

Desplazar el acople y el cojinete del lado Turbina Pelton

x

Nivelar el equipo y alinear ejes acoplados

x

Seleccionar otro tipo acople

x

Mecanizar el acople actual

x

Evaluación y selección de la alternativa de solución

La evaluación y selección de la alternativa de solución será producto de la

consideración contra las consecuencias de la aplicación de alguna en específico.

Sin embargo debemos agregar algunas consideraciones:

.-El ajuste del tornillo y muelle que se encuentra en el agujero señalado en los

Gráficos 28, 29 y 30, aumentaría la presión que la esfera ejerce sobre el eje como

una forma de impedir el desacoplamiento.

.-El desplazar el acople y cojinete del lado de la turbina Pelton (para mas detalle

ver Gráfico 32), requiere mecanizar el eje de la turbina Pelton hasta lograr un menor

diámetro que permita desplazar el soporte.

70

Gráfico 32. Vista de cojinetes o chumaceras del lado de la Turbina Pelton.

La selección de un nuevo acople debe considerar que sea del tipo flexible y

mecánico. Esto, debido a la modalidad de funcionamiento del banco H81 y de la

conjunción de los aspectos señalados en las restricciones del diseño de la solución.

El Cuadro 4 muestra un resumen de las alternativas de solución y su evaluación

respecto a las consecuencias de su aplicación, y a su vez servirá como fuente para la

selección de la más conveniente.

Cojinete del lado Turbina Pelton

Cojinete del lado generador o dinamo

71

Cuadro 4. Consideraciones Contra Consecuencias de las Posibles

Soluciones.

Alternativa de solución

Costos Potenciales

Riesgos potenciales

Beneficios posibles

Recompensas posibles

Conclusiones

Ajustar el tornillo y la esfera del acople

Sin costo asociado

Puede zafarse el acople y girar libremente la turbina.

Aumenta tiempo de acoplamiento de ejes de turbina y generador.

Sin gasto asociado

No procede

Desplazar el acople y el cojinete del lado Turbina Pelton. Requiere mecanizar ejes.

Propios de mecanizar eje de turbina. Evaluar nuevas solicitaciones mecánicas del eje. Contratación de servicios

Afectar resistencia de los ejes. Cambio en dimensiones de soportes y bastidores

Diagnóstico de condiciones de diseño del banco

Nuevas experiencias en diseño de sistemas de generación

No procede

Nivelar el equipo y alinear ejes acoplados

Propios de medir vibraciones y alineación de ejes

Puede zafarse el acople y girar libremente al turbina

Reducir vibraciones

Aumenta vida útil de máquina

No procede

Seleccionar otro tipo acople

Adquisición de nuevo acople

Cambio en dimensiones de ejes, soportes y bastidores

Propios del nuevo diseño. Arranque, paradas y enganche distintos

Nuevas experiencias en diseño de maquinaria

Requiere de un estudio mas detallado

Mecanizar el acople actual

Solo mecanizado y desmontaje

Aumento de exigencias mecánicas

Menor costo comparado con alternativa anterior

Garantía de acoplamiento

Aplicar

De las alternativas planteadas en el Cuadro 4 la mas conveniente es: el mecanizar

el acople actual del banco de turbinas H81. Como riesgo potencial está el aumento

de las exigencias mecánicas producto referido al torque y las rpm que en adelante

soportará en el banco H81 posterior a su mecanizado. Desde el punto de vista de los

72

recursos como mano de obra, costos de mecanizado y confiabilidad de enganche es la

más viable. La evaluación posterior a su montaje, las mediciones pendientes en

operación referidas al torque aplicado, rpm, vibraciones y alineaciones serán

necesarias como forma de validación de la alternativa a aplicar.

Especificación de la solución

El mecanizado del acople del banco de ensayos de turbinas H81, como solución al

problema del desacoplamiento o desenganche entre eje de la turbina y el eje del

generador, implica determinar con precisión la longitud axial requerida por el

mecanismo interno para completar su recorrido hasta la posición de aseguramiento.

El desmontaje del mecanismo permitirá medir tal distancia.

Consecuentemente, la actividad de desmontaje del sistema de acople determinó

que la misma es de 5 mm, medidos desde la huella dejada por la esfera sobre la

ranura del eje de su mecanismo interno hasta su lugar de enclavamiento o enganche,

tal y como lo muestra los Gráficos 33a y 33b.

a) b) Gráficos 33a) y 33b). Lugar incorrecto de huella de esfera y medición de distancia de enganche.

Una vez desmontado el acople del banco H81, se determinó la distancia necesaria

para un func ionamiento confiable y seguro. E s necesario reducir en 5mm la

73

dimensión axial del elemento de nylon poliamida para que su mecanismo interno de

enganche logre posicionarse correctamente. Refrentar la pieza de nylon poliamida

del acople es el elemento faltante entre el Estado Inicial y el Estado Final en el

Gráfico 21 y por t anto, la solución al problema de desacoplamiento del sistema

turbogenerador.

El Gráfico 34 muestra la implementación solución y, se indica la longitud a

devastar con la maquinaria necesaria (torno) y la herramienta de corte requerida.

Gráfico 34. Trabajos de taller para la solución al desacoplamiento mediante montaje del acople en torno para su mecanizado.

Para garantizar que la esfera llegue a su correcta posición y, facilitar que el eje

del generador y el acople tengan holgura suficiente se debe refrentar la pieza de nylon

poliamida en 6 mm.

Torno

Refrentar en 6 mm

Cuchilla de corte

Elemento de nylon poliamida del acople

74

Implementación de la solución

Decidida la solución al problema y, dada la necesidad inicial de poner en

condición operativa el banco de ensayos de H81 del IUTEB se procedió a su

implementación.

Sobre el banco de ensayos se realizaron las siguientes actividades:

.-Desmontaje de la unidad generadora liberando los pernos de los las chumaceras

de soporte.

.-Desmontaje del acople liberando tornillos prisioneros de chavetas y su extracción

del eje de la turbina Pelton.

.-Desmontaje de partes accesorias e instrumental de medición que axial lo requería

(medidor de revoluciones y torque, soportes).

.-Desarmado del acople en sus partes constituyentes.

.-Medición de la longitud de enganche para determinar la longitud de enganche.

Esto determinó que era de 6mm.

Desinstalado el acople se hizo el refrentado de elemento de nylon poliamida en

torno en 6mm gracias a la colaboración de Talleres TOMI de Puerto Ordáz. Al

respecto véase los Gráficos 35a y 35b.

a) b) Gráfico 35a y 35b). Refrentado del acople.

75

Finalizados los trabajos de desmontaje y mecanizado se procedió a su armado y montaje en el banco de turbinas. Al mismo tiempo, se realizaron las siguientes tareas:

.-Instalación del acople.

.-Instalación del generador.

.-Instalación de partes accesorias.

En el Anexo B muestra todas las actividades realizadas para operativizar el banco

H81.

Una vez instalado el acople en el banco de turbinas se procedió a r ealizar las

mediciones necesarias para verificar un comportamiento seguro y confiable del

equipo. La comprobación de la correcta alineación de los ejes, lubricación de los

elementos rodantes y los ensayos de vibraciones fueron necesarios.

Las pruebas de vibraciones arrojaron valores del orden de 0,10 plg/s tanto en el

sentido vertical como horizontal (radial y axial), medidos hechas sobre todos los

elementos rodantes y de soporte. Refiere Gregori (SA) en sus pautas de velocidad

global en mediciones de intensidad de vibraciones con pi cos de 0,05 a 0,1 plg/s

clasificadas como del tipo “suave” denotando equipos bien balanceados y alineados,

y que para el caso de generadores y turbinas rangos de 0,175 a 0,259 plg/s los señala

como del tipo “bueno”. Por lo que se concluye que a los fines operativos del banco

sus niveles de vibraciones son aceptables. Al respecto, en el Anexo C se visualizan

las mediciones y pruebas realizadas.

Ensayos de funcionamiento sobre el banco y a diferentes condiciones de carga

revelaron que el acople funciona correctamente y su vez soporta las solicitaciones

mecánicas las que está sometido. Así pues se pueden efectuar todas las mediciones

necesarias para construir las curvas características de las turbinas. Finalmente, el

refrentado del acople fue una solución satisfactoria al problema de desacoplamiento

del sistema.

El Gráfico 36 muestra el banco H81 funcionando correctamente luego de la

implementación de la solución del acople de la turbina.

76

a) b) Gráfico 36. Turbina Pelton funcionando. a) Visor de flujo turbina Pelton. b) Medición de presión y caudal de la turbina Pelton en marcha.

Sobre las Ecuaciones para el Cálculo de Variables Necesarias para las Curvas

Características de las Turbinas

Una vez corregido el problema de desacoplamiento será necesario proseguir

con la documentación teórica que permita valorar los fenómenos energéticos propios

de la turbinas hidráulicas. A partir de los principios de la Mecánica de los Fluidos

aplicados a l as Turbomáquinas H idráulicas se deducen las expresiones para los

cálculos que permitan cosntruir las curvas carcterísticas de las turbinas Francis y

Pelton. Sin embargo por tratarse de una investigacion concerniente al uso específico

del Banco H81, las mismas serán tomadas de la documentacion proporcionada en su

manual de uso y funcionamiento:

Potencia hidráulica de ingreso a la turbina:

Pi [KW ] =Q (m3/h) * H [m]. 9,81m/s2 * lOOO (kg/m3) /1000( W/KW) (1)

77

Donde, H (m) = cabeza de turbina (también llamado salto de motor o cambio de

altura) y,

Q = Caudal de flujo

Potencia mecánica rendida por la turbina al eje:

Pm[kW ]= M[N.m] * n (rad/s) / 1000 (W/KW), (2)

Donde,

M = momento rendido por la turbina al eje y ,

n (rad/s) = velocidad de rotación del grupo, para lo cual sabemos que,

2πrad = 1rev.

La diferencia (Pi – Pm) constituye la pérdida hidráulica debida principalmente al

desgaste sobre los álabes de la turbina, en la descarga a velocidad distinta de cero, por

causas mecánicas.

La eficiencia mecánica o rendimiento de la turbina esta dado por la relación:

ηm = Pm / Pi (3)

Potencia eléctrica útil:

Pelec [ KW] = V* I / 1000 , (4)

Donde,

V (V) e I ( A) corresponden a la tensión e intensidad de la corriente de armadura del

generador respectivamente.

La diferencia Pm- Pe es debida a pérdidas eléctricas y mecánicas en el generador

y su rendimiento viene dado por:

ηG= Pelec / Pm (5)

78

El cálculo el valor de cabeza de turbina o cambio de altura, H, merece las

siguientes aclaratorias:

el caso de la turbina Pelton, H, viene dado por:

H= Λz + ( Pe/ ρ*g) + ( Vf2 / 2g), (6)

Donde,

Λz = desnivel desde el manómetro Pe hasta el eje de la turbina= 0,26m.

Pe= presión en manómetro Pe a la entrada de la turbina

Vf= velocidad del flujo a al entrada de la turbina

ρ*g= Peso especifico del agua ( 1000Kg/m3 * 9,81 m / s2) = 9810 N/m3.

Para el cálculo de la velocidad de flujo se emplea la ecuación:

Vf = Q / A, (7)

Donde,

Q corresponde al caudal medido durante una prueba específica, y

el área de la sección de paso del fluidos es,

A = πD2 / 4 , con D = 81,6mm. (8)

Se puede demostrar que para cada prueba el error cometido al usar

H= ( Pe/ ρ*g) (9)

está alrededor del 1%. Por ello se empleará la ecuación 9 para determinar el valor de

H cuando el ensayo corresponda a la Turbina Pelton.

Similarmente, para el caso de la turbina Francis, H, viene dado por:

H= [z1 + ( Pe/ ρ*g)+( Vf12 / 2g)]-[ z2 +( P2/ ρ*g)+( Vf2

2/ 2g) ] (10)

Donde,

z1 = distancia del manómetro Pe hasta la superficie libre de agua = 1,11m

Pe= presión en manómetro Pe a la entrada de la turbina. V f1 = Velocidad de flujo en la sección de entrada de turbina

V f2 = Velocidad de flujo en la superficie libre de agua

ρ*g= Peso especifico del agua ( 1000Kg/m3 * 9,81 m / s2) = 9810 N/m3.

79

Si V f1 = Q / A1 y V f2 = Q / A2 , donde,

A1 = πD12 /4 con D1 = 81,6mm y,

A2= πD22 /4 con D2 = 102mm + 2( 47 * tg 4º)mm = 0,167m

Se puede demostrar que para cada prueba el error cometido al usar H = z1 + Pe / ρ*g (11)

está alrededor del 2%. Por ello se empleará la ecuación 11 para determinar el valor de

H cuando el ensayo corresponda a la Turbina Francis.

Procedimiento de Ensayos de Turbinas del Banco H81

Dado que ambas turbinas, Pelton y Francis del banco H81 corresponden a

prototipos de aplicación industrial, tal y como lo indica el fabricante en el manual del

equipo, se optará por efectuar un t ipo de ensayos conducentes elaborar curvas

características del tipo operación o explotación. Este tipo de curvas requiere de

mantener la velocidad de giro constante en el generador así como una apertura

constante en el distribuidor de la turbina. Un diagrama muy completo de las

respuestas esperadas para la Altura o cabeza de turbina H, Potencia y rendimiento

entre otros, es desarrollado por Fernández (SA) para el caso particular de las Turbinas

Francis y quien comenta que la gráfica de H se expresa en una recta, la potencia es

una parábola que pasa por el origen y el rendimiento máximo corresponde a un punto

ligeramente superior al punto de funcionamiento óptimo. Al respecto ver Gráfico 37.

80

Gráfico 37. Curvas características para velocidad de giro y apertura del distribuidor constante. Tomado de “Turbinas Hidráulicas” por P. Fernández Diez, (SA), (pp. 84,85)[.Texto en línea] Disponible: http://www.pttrenenergy.upc.edu/index2.php?option=com_docman&task=doc_view&gid=232&Itemid=35 [Consulta, 2009, Agosto 13]

García (2005) emplea curvas del tipo explotación para abordar parámetros de

determinantes del proceso de optimización de centrales hidroeléctricas, en el desarrollo

de su tesis doctoral Macro Optimización del Proyecto y la Explotación de las Centrales

Hidroeléctricas de las Regiones Montañosas refiere que:

Debido a que el agua debe ser transportada a través de un sistema hidráulico en el cual hay rozamiento en los tubos y cambios de dirección, ensanchamientos y contracciones en los accesorios, se producen pérdidas de energía que hacen disminuir la energía hidráulica disponible. También se producen pérdidas de energía en las máquinas por diferentes conceptos: rozamiento hidráulico, rozamiento mecánico y recirculación interior de determinado volumen de agua. Estos factores hacen que el gasto y el salto [ altura o cabeza de turbina] que realmente realizan trabajo en las máquinas sean inferiores a sus valores teóricos.(p.p. 15,16)

81

Así pues, su valoración de la eficiencia de sistemas hidroeléctricos la presenta en

el Gráfico 38, con una tendencia a disminuir conforme el aumento del caudal Q

(gasto).

a) Eficiencia vs. Caudal

b) Potencia vs. Caudal

Grafico 38. a) y b). Eficiencia de sistemas hidroeléctricos. Tomado de “Macro Optimización del Proyecto y la Explotación de las Centrales Hidroeléctricas de las Regiones Montañosas” por L. García Faure, 2005, (pp. 18 y 30). Tesis doctoral.

82

Con fines académicos Ávila (1991) desarrolla un procedimiento de para obtener

la curvas características de una turbina Francis (ver Gráfico 39) a velocidad

constante y a 3 diferentes posiciones de los álabes del distribuidor de admisión, una

por vez, al variar la carga del generador en un b anco de pruebas de turbina. Se

observa como las curvas características de cambio de altura ΔH, potencia mecánica

de la turbina Wt y eficiencia total ηt muestran la misma tendencia del Gráfico 37.

Gráfico 39. Curvas características para velocidad de giro y ap ertura del distribuidor constante de una turbina Francis. Tomado de “Guía Laboratorio Turbomáquinas”, por Manuel Ávila, 1991 ULA. Facultad de Ingeniería, (p.16) .Mérida.

83

Dada entonces una preferencia por de sarrollar ensayos conducentes a construir

curvas características del tipo explotación en los ensayos de turbinas reales se

seleccionó el siguiente procedimiento obtenido del manual respectivo el Banco

H81 del IUTEB:

1°.Predisponer y arrancar la instalación para el funcionamiento de una de las dos

turbinas elegidas.

2° .Actuando sobre la válvula colocada sobre la turbina que se desea utilizar, sobre

la toma (Pelton) o sobre el distribuidor (Francis) y sobre el freno, llevar la instalación

al régimen de prueba deseado, teniendo presente que la velocidad de rotación n (rpm)

de la turbina no alcance valores demasiado elevados.

3° .Tomar nota de las medidas de:

.- El caudal Q (m3/h) sobre el flujómetro o medidor de caudal.

.- La presión Pe (bar) sobre el manómetro aguas arriba de la turbina

.- El momento M (N.m) rendido por la turbina al eje.

.- La velocidad de rotación n (rpm).

.- La tensión V [V] y la intensidad I (A) de la corriente de armadura sobre los

relativos voltímetro y amperímetro de armadura colocados sobre el panel de

instrumentos.

4°. Repetir eventualmente las medidas para otros regímenes de prueba

5°.Parar la instalación.

6°. Para cada régimen de prueba realizado, calcular y anotar: H, Pi, Pm, ηm, ηG y

ηT teniendo especial cuidado con la consistencia de las unidades.

Sobre el procedimiento de ensayo para la toma de mediciones en el sistema turbo

generador hay que hacer algunas consideraciones fundamentalmente debido cambios

en el i nstrumental de mediciones los cuales fueron re alizados por el fabricante

quien instaló un procesador de tipo conversor de voltaje y frecuencia fabricado por

Ansaldo Sistemi Industrial, modelo Silcovert SVTS para las mediciones y el control

84

de la máquina. Este, posee una pantalla para el despliegue digital de algunos

parámetros de control, configuración del sistema y mediciones. Por tanto, se hizo

necesario efectuar las consultas de rigor a fin de precisar los detalles para su correcto

uso en los ensayos de turbinas. Sucesivas pruebas dieron como resultado que antes

de energizar eléctricamente el banco de ensayos el interruptor de panel digital debe

posicionarse en “On” (ver Gráfico 19), con el control de freno en posición ‘0” a los

fines de garantizar la protección de la integridad estructural del banco.

Consecuentemente, las nuevas variables medidas en el panel digital y que

permitirán construir las curvas características de las turbinas se indican seguidamente:

La potencia mecánica Pm, al eje en W resulta del cálculo:

P m = (10 x Mon.11 x Mot.06 x Mon.02)/Mot.04 (12)

La potencia electrica Pelec en W se puede calcular como:

P elec = (1,283 x Mon.02 x Mon.06 x Mon.04 x Mot.07)/ Mot.04 (13)

Donde las variables de las ecuaciones 12 y 13 son:

Mon.02 = revoluciones (RPM)

Mon.04 = corriente suministrada (A)

Mon.06= voltaje DC (V)

Mon.11 = par suministrado en % de la nominal motor.

Mot.04 = revoluciones nominales motor (2920 RPM)

Mot.06 = potencia nominal motor (7,5 KW)

Mot.07 = cos fi motor.

85

Obsérvese que las ecuaciones 12 y 13 c umplen con el requisito de la

consistencia en las unidades. Evidentemente las anteriores variables deberán ser

tomadas en cuenta para el procedimiento de en sayos en el Banco H81 y toma de

mediciones.

Especial interés suscito la variable Mot. 07 o cos fi del motor. Gracias a las

aclaratorias del fabricante se determinó que dicho valor resulta variable con la carga

del sistema. Un despliegue de los valores el rango de Mot. O7 conforme la carga

varía para el motor asíncrono instalado en el Banco de Turbinas H81 se observa en el

Cuadro 5.

86

Cuadro 5. Curvas Carasterísticas del Rendimiento en Función de la Potencia en Motor de 55KW de 4 polos, Valores de Rendimiento en Funcion de la Carga y Valores del Factor de Potencia en Funcion de la Carga. Fuente: Cantoni. Motor asíncrono, suministrado por Stem Isi Impianti

Valga la siguiente aclaratoria, el generador instalado en el banco H81 es

técnicamente un motor asíncrono del cual la carga eléctrica es disipada en una

resistencia constituyéndose en un conjunto generador eléctrico y disipador de carga.

87

Redefinidas las expresiones para determinar Pm y Pe mediante las ecuaciones 12 y

13, las expresiones para calcular la eficiencia del generador ηG y la eficiencia total o

del grupo turbo generador ηT serán:

ηG = Pe/Pm (14)

ηT = Pelec/ Pi (15)

Es de propicio aclarar que en cualquiera de las expresiones para el cálculo de la

eficiencia de los sistemas los resultados los cálculos deberán ser menores a 1 en

apego a las leyes de la termodinámica.

Ensayos y Mediciones para Determinar las Curvas Características de la

Turbinas Pelton y Francis del Banco H81

Los primeros ensayos efectuados en el banco H81 revelaban, en primer lugar que

bajo ningún tipo de configuración de las bombas centrifugas en serie o paralelo ni de

posición de la válvula de 2 vías en ambas turbinas se alcanzaran las velocidades de

giro nominales. Es de hacer saber que durante los ensayos de vibraciones se

confrontaron las velocidades de giro desplegadas en el panel digital y en el analizador

de vibraciones y estas coincidían en sus lecturas. Por tanto queda de antemano

descartada la posibilidad de lectura errónea.

Así mismo, se detectó una incongruencia termodinámica en los términos de

Eficiencia Global y del Generador. En tal sentido fueron enviados al fabricante los

resultados de las mediciones de un ensayo en la turbina Francis y cuyos resultados se

obtuvieron siguiendo el procedimiento descrito en el aparte: Procedimiento de

ensayos de turbinas del Banco H81. El fabricante, Stem Isi Impianti , corrigió los

valores de cosfi al serle suministrados los resultados de las pruebas iniciales.

88

De este ensayo corregido por el fabricante en relación al valor cosfi se obtuvieron

las mediciones mostradas en el Cuadro 6 cuando el valor de z1 = 1,18m.

Cuadro 6. Toma de Medidas del Ensayo de la Turbina Francis.

Prueba Q (m3/h) Pe(bar)

Mon.02 (RPM)

Mon. 04 (A)

Mon. 06 (V)

Mon. 11(%)

Mot. 07 (cosfi)

1 64,50 1,25 1070,00 5,60 660,00 12,00 0,15 2 69,00 1,30 1070,00 6,30 658,00 23,00 0,25 3 70,00 1,45 1070,00 6,90 650,00 53,00 0,55 4 76,00 1,80 1070,00 8,30 640,00 75,00 0,65 5 76,30 1,80 1070,00 8,40 644,00 82,00 0,70 6 77,00 1,85 1070,00 8,60 640,00 89,00 0,77 7 76,00 1,85 1070,00 8,90 633,00 96,00 0,88

Haciendo uso de las ecuaciones 11, 1, 12, 13, 3, 14 y 15 para los términos: H, Pi,

Pm, Pe, ηm , ηG y ηT , respectivamente, se obtuvieron los valores señalados en el

Cuadro 7.

Datos suministrados por el fabricante del Banco H81

89

Cuadro 7. Cálculos de Potencias y Eficiencias de la Turbina Francis.

Prueba Q

(m3/h) H (m) Pi (kw) Pm (kw) Pelec(kw) ηm ηG ηT

1 64,50 13,92 2,44 0,330 0,261 0,135 0,790 0,107 2 69,00 14,43 2,71 0,632 0,487 0,233 0,771 0,180 3 70,00 15,96 3,04 1,457 1,160 0,479 0,796 0,381 4 76,00 19,52 4,04 2,061 1,623 0,510 0,788 0,402 5 76,30 19,52 4,05 2,254 1,780 0,556 0,790 0,440 6 77,00 20,03 4,20 2,446 1,992 0,582 0,815 0,474 7 76,00 20,03 4,14 2,638 2,331 0,637 0,883 0,563

Seguidamente con los datos del Cuadro 7, se procederá a co nstruir las curvas

características respectivas para la Turbina Francis, para ello los datos serán cargados

en el software Excel respetando las tendencias de las gráficas H vs. Q, Pm vs. Q y ηT

vs. Q tal y como fueron señaladas en el apartado: Procedimiento de ensayos de

turbinas Banco H81.

.- Curvas características de la Turbina Francis:

Turbina Francis H vs Q

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

62,00 64,00 66,00 68,00 70,00 72,00 74,00 76,00 78,00Q ( m3/h)

H(m

)

Gráfico 40. Curvas características de la Turbina Francis H vs. Q

90

Turbina Francis Pm vs Q

0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

62,00 64,00 66,00 68,00 70,00 72,00 74,00 76,00 78,00

Q (m3/H)

Pm(K

W)

Gráfico 41. Curvas características de la turbina Francis Pm vs. Q

Turbina Francis Efic. Tot. vs Q

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

62,00 64,00 66,00 68,00 70,00 72,00 74,00 76,00 78,00

Q (m3/H)

Efic

. Tot

al

Gráfico 42 .Curvas características de la turbina Francis ηT vs. Q

Un análisis del comparativo del comportamiento operacional del banco H81 en

pruebas con la turbina Francis en sus Gráficos 40, 41 y 42, denota que su

funcionamiento operacional es acorde a l as tendencias esperadas en las

91

valoraciones de altura H, potencia mecánica Pm y eficiencia total ηT y evidencian

similitud con las curvas mostradas en los Gráficos 37 y 39.

Tramitada con el fabricante del banco H81 la manera de obtener fuente precisa de

valores confiables del cos fi sólo fue suministrada la información mostrada en el

Anexo E. Adicionalmente enviados al fabricante los resultados de las mediciones del

Cuadro 6, la corrección de los valores de Mot. 07 (cosfi) que se muestra, fue

suministrado por el mismo.

Pruebas posteriores con la turbina Pelton haciendo uso del mismo procedimiento

para la toma de mediciones y de los valores de rendimiento de cosfi disponibles en el

Cuadro 5 permitieron construir las curvas características de la turbina Pelton a partir

de los datos de las medidas indicadas en el Cuadro 8.

Cuadro 8. Toma de medidas del ensayo de la Turbina Pelton.

Prueba

Q (m3/h)

P (bar)

Mon.02 (RPM) Mon.

04 (A) Mon. 06 (V)

Mon. 11(%)

Mot. 07 (cosfi)

1 40,60 5,00 1300,00 9,20 660,00 32,00 0,39 2 43,20 5,60 1300,00 9,00 664,00 33,00 0,40 3 45,10 5,90 1300,00 10,20 665,00 45,00 0,44 4 45,30 6,00 1300,00 10,00 668,00 56,00 0,56 5 45,30 6,00 1300,00 9,80 668,00 71,00 0,58 6 45,10 6,00 1300,00 9,80 669,00 89,00 0,72 7 44,80 6,00 1300,00 9,90 668,00 95,00 0,74

Datos tomados del Cuadro 5

92

Cuadro 9. Cálculos de Potencias y Eficiencias de la Turbina Pelton.

Prueba Q (m3/h) H (m) Pi (kw) Pm (kw)

Pelec (kw) ηm ηG ηT

1 40,60 50,97 5,64 1,068 1,353 0,189 1,266 0,240 2 43,20 57,08 6,72 1,102 1,365 0,164 1,239 0,203 3 45,10 60,14 7,39 1,503 1,705 0,203 1,135 0,231 4 45,30 61,16 7,55 1,870 2,137 0,248 1,143 0,283 5 45,30 61,16 7,55 2,371 2,169 0,314 0,915 0,287 6 45,10 61,16 7,52 2,972 2,696 0,395 0,907 0,359 7 44,80 61,16 7,47 3,172 2,795 0,425 0,881 0,374

Dada la incongruencia termodinámica del Cuadro 9 para el cual ηG > 1, no puede

esperarse unas curvas características conforme al comportamiento propio de las

turbinas y sólo con fines ilustrativos se muestran seguidamente.

.- Curvas características de la Turbina Pelton:

Turbina Pelton H vs Q

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

40,00 41,00 42,00 43,00 44,00 45,00 46,00Q( m3/h)

H(m

)

Gráfico 43 .Curvas características de la Turbina Pelton H vs. Q

Termodinámicamente imposible al ser mayor a 1

93

Turbina Pelton Pm vs Q

-2,000

-1,000

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

40,00 41,00 42,00 43,00 44,00 45,00 46,00

Q (m3/H)

Pm(K

W)

Gráfico 44. Curvas características de la Turbina Pelton Pm vs. Q

Turbina Pelton Efic. Tot. vs Q

0,0000,0500,1000,1500,2000,2500,3000,3500,400

40,00 41,00 42,00 43,00 44,00 45,00 46,00

Q (m3/H)

Efic

. Tot

al

Gráfico 45 .Curvas características de la Turbina Pelton ηT vs. Q

En el Gráfico 43 se observa una respuesta en consonancia con la tendencia de la

curva acorde H vs. Q de un ensayo de turbina, más no así en los Gráficos 44 y 45.

94

Ante la situación de dependencia tecnológica en cuanto a la libre oportunidad de

efectuar ensayos y tener la certeza de seleccionar el correspondiente valor del cosfi,

se imposibilita seguir efectuando nuevas pruebas en el banco H81, ya que no se

dispone de valores confiables del cosfi. Exceptuado está, la curva H vs Q puesto que

su construcción no require de cálculos que involucren al factor de potencia cosfi; y

su resultado depende solo de los valores de presión, medida analógicamente desde el

manómetro respectivo y del caudal. Al respecto refiérase a las ecuaciones 9 y 11.

Una consulta en la página web del fabricante STEM-ISI Impianti, citada

como http://www.stem-isi.com/index2-spa.htm y a f in de explorar el catalogo de

nuevos productos reveló que para su nueva versión el Banco H81 fue sustituido el

Inverter, panel digital y aditamentos electrónicos por componentes del tipo analógico,

y el generador asíncrono fue reemplazado por un fre no del tipo hidráulico (véase

Gráfico 46).

Gráfico 46. Banco H 81: Máquinas Hidráulicas. Tomado de Stem- Isi Impianti (2009). [Página Web en línea]. Disponible :http://www.stem-isi.com/index2-spa.htm [Consulta: 2009, Agosto, 04]

Freno Hidráulico

Panel analógico

http://www.stem-isi.com/index2-spa.htm�

http://www.stem-isi.com/index2-spa.htm�

95

Cabe entonces la duda de si realmente los cambios efectuados en la máquina

constituyen un elemento aprovechable entre la realidad de las aulas y la industria, y

más allá de si aún están del todo claros los aspectos teóricos y funcionales de tales

mejoras.

El Anexo D incluye la correspondencia sostenida con el fabricante del Banco H81,

STEM-ISI Impianti y también con la compañía instaladora PROINGET.

96

CONCLUSIONES

Desarrollar pruebas operacionales en el Banco H81 para turbinas Francis y Pelton

del IUTEB ha permitido abordar en primer lugar un problema de índole propiamente

ingenieril y de funcionamiento del banco, y en segundo lugar dar paso a los primeros

ensayos prácticos para los cuales el banco fue fabricado. Sobre esta base las

conclusiones de esta investigación se presentan en los siguientes términos:

1. Durante los primeros ensayos efectuados en el Banco H81 se detectó

un problema de desacoplamiento entre el generador y la turbina Pelton

motivado por una localización incorrecta del mecanismo asegurador

del enganche del acople. Esta anormalidad en el mecanismo

asegurador del acoplamiento del eje de la turbina Pelton al Generador

fue corregida mediante el refrentado de la pieza de nylon poliamida del

acople. Gracias a u n método ordenado para detectar fallas, al

planteamiento de varias alternativas de solución tomando en cuenta

cada una de sus consecuencias en términos de costos, riesgos,

beneficios y recompensas se hizo posible especificar la solución mas

acertada.

2. Puesto en marcha el Banco H81 en su totalidad, la revisión

bibliográfica sobre: banco de ensayos, turbinas, Turbomáquinas y

curvas características entre otros, hizo posible construir un marco

teórico sobre el cual sentar las bases para abordar tanto en lo

operativo su manipulación como en lo teórico- practico las posibles

pruebas a realizar y mas allá de ello, su contribución para abordar el

análisis de resultados.

3. Las mejoras introducidas por el fabricante con miras a d igitalizar

algunas mediciones y al control operativo del banco suscitaron

97

cambios en el procedimiento para ensayos al agregar o redimensionar

algunas variables del sistema turbogenerador como también las nuevas

mediciones que nutrirán las ecuaciones sobre las que será posible

construir las curvas características del sistema. Variables como: Par

nominal del motor, potencia nominal del motor, voltaje DC y corriente

suministrada y corriente factor de carga que en principio no fue ron

considerados en las ecuaciones iniciales serán necesario tomar en

cuenta para las sucesivas pruebas.

4. Es de suma importancia aclarar con precisión el manejo de la variable

factor de carga o cosfi para la construcción de las curvas

características. Si bien la corrección proporcionada por el fabricante

permite elaborar una curva característica conforme a las relaciones de

dependencia propias de: Altura o cabeza de Turbina H, Potencia

mecánica Pm y eficiencia total ηT, todas evaluadas contra el caudal, el

desconocimiento de valores ciertos del factor de carga impide elaborar

con total independencia las curvas características del sistema

turbogenerador. Mientras esta situación persista y para las mismas

condiciones de medición solo será posible obtener la curva H vs. Q.

5. El banco de ensayos H81 en sus actuales condiciones podría ser

empleado para el entrenamiento, solo educativo, de los estudiantes de

las cátedras de Mecánica de Fluidos y Termodinámica.

Académicamente afianzaría conocimientos sobre sistemas

turbogeneradores a los futuros profesionales del área de Mecánica, y

en lo particular tan necesarios en esta región por excelencia productora

de energía hidrolectrica.

98

RECOMENDACIONES

Sobre la base de las conclusiones antes presentadas se recomiendan las

siguientes acciones:

1. Efectuar un estudio en el banco H81 del IUTEB, tendiente a corregir la

imposibilidad de lograr velocidades de giro nominales en las turbinas. Lo

que posteriormente permitiría reevaluar nuevas cu rvas características en

las turbinas Pelton y Francis

2. Instalar convenientemente medidores de torque, RPM y potencia eléctrica

del generador a los fines de valorar el funcionamiento del banco de ensayos

y a su vez permitirá valorar las mediciones aportadas por panel digital en

la oportunidad de confrontar ambos procesos de medición durante ensayos

tendientes a construir nuevas curvas características de las turbinas.

3. Ante la incertidumbre sobre la variación del valor de factor de carga

(cosfi) se hace necesario indagar tanto con el f abricante del banco

como del generador, y en la región, de elementos, métodos o

mecanismos precisos para determinar el valor del factor de carga (cosfi).

4. Dada l a necesidad del aprovechamiento del banco de ensayos con fines

instruccionales y teniendo en cuenta sus limitaciones se recomienda iniciar

su uso con fines didácticos en apoyo a l a comunidad académica del

IUTEB.

99

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Gregori, Santiago (S.A.). Análisis de señales vibratorias II. Trabajo no publicado,

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101

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http://personales.unican.es/renedoc/Trasparencias%20WEB/Trasp%20MHT/Gui%C3%B3n%20Pract%20MH%202005.pdf�

http://www.cadp.org.ar/docs/congresos/2008/99.pdf�

102

ANEXO A

_________________________________

Especificaciones técnicas del acople BoWex M32

103

104

105

ANEXO B

Trabajos en banco de turbinas H81

106

107

ANEXO C

Medición de vibraciones del banco H81

108

109

ANEXO D

Correspondencia para pruebas operacionales

del banco H81

110

de D.Belardinelli - STEM-ISI Engineering <[email protected]> responder a [email protected] para [email protected]

cc [email protected], [email protected]

fecha 29 de marzo de 2007 05:42

asunto Desacoplamiento turbinas Pelton IUTEB-Bolivar

ocultar detalles 29/03/07

Estimado Ing. Gustavo Marturet,

Respondiendo a su E-Mail del 27/03/07, para resolver los problemas encontrados en el acople Bowex, lado turbina Pel ton, le aconsejo actuar de la siguiente manera:

1) Actuando sobre el tornillo de hexagono interior situado sobre el semi-acoplamiento lado turbina, ajusten el tornillo de manera que el empalme durante el funcionamiento no se desacople.

2) Averiguen que bajo del tornillo de hexagono se encuentren la esfera de acero y el respectivo muelle de otra forma el sistema no funcionaria

A la espera de su contastacion, reciba un cordial saludo

Devincenzi Roberto

Technical Dept.

STEM-ISI Impianti SpA

Gustavo Marturet <[email protected]> para [email protected] fecha 30 de marzo de 2007 10:30

asunto Re: Desacoplamiento turbinas Pelton IUTEB-Bolivar

enviado por gmail.com


Hola Roberto. En efecto revisamos sobre el equipo tu sugerencia. El problema esta en que la esfera no logra posicionarse en el lugar de enganche, es decir en la ranura del eje, debido a que el casquillo de teflon del acople no tiene posibilidad de desplazarse axialmente lo suficiente, por encontrarse limitado o a tope con el engranaje del ENCODER. Un abrazo y a la espera de tus sugerencias.

111

Ing. Gustavo Marturet. ustavo Marturet <[email protected]> para [email protected] fecha 23 de abril de 2007 17:00

asunto Desacoplamiento turbinas Pelton IUTEB-Bolivar



Hola Roberto. Dejame decirte que pudimos solucionar el problema del acople de la turbina Pelton y el generador. El desmontaje del acople revelo que la esfera no se posicionaba en su ranura o agujero durante su movimiento manual axial de enganche. Esto, debido a que el engranaje del encoder le impedia recorrer su distancia axial necesaria. Se corrigio el problema refrentando en 5mm el nylon de poliamida del acople, suficientes para garantizar que la esfera se ubicara correctamente en su ranura final de enganche. Puebas posteriores en diversas condiciones de carga garantizan tanto la resistencia al torque del acople como su confiabilidad de enganche. Sin embargo tengo algunas dudas operacionales del banco H81 que te indico seguidamente: 1.-La medida de 10 voltios para 3000 rpm indica la velocidad angular de la turbina acoplada? 2.-En el tablero ANSALDO se indica con Mon. 02 Motor Speed unas rpm que no se a cual eje se refiere? Es la velocidad de la turbina acoplada o es la velocidad del motor del encoder? Te hago la pregunta pues las rpm obtenidas del galvanometro son diferentes a las de Mon. 02. 3.-El energia electrica es de generada es de tipo continua o alterna? No se si el sistema rectifica el tipo generado. Se hizo la alineacion de ejes y del bastidor del banco y quedo muy aceptable. Finalmente, hicimos mediciones de vibraciones en los apoyos o cojinetes del eje de la turbina Pelton y tanto vertical como horizontal se obtuvo de menos de 0,1pulgadas por segundo. Esta misma medida tambien se obtuvo midiendo las vibraciones en la turbina Francis. Sin embargo, cuando medimos las vibraciones en el generador se obtuvo del orden de 0.6pulgadas por segundo, por que sospechammos un problema de balanceo en el generador o en sus rodamientos. De alli la fuerte vibracion cuando el sistema esta en marcha y acoplado, sobre todo del lado de la turbina Pelton. Agradecido de tu gentileza, se despide Ing Gustavo Marturet.

112

D.Belardinelli - STEM-ISI Engineering <[email protected]> responder a [email protected]

para Gustavo Marturet <[email protected]>

fecha 2 de abril de 2007 06:11

asunto R: Desacoplamiento turbinas Pelton IUTEB-Bolivar


Hola Gustavo,

He examinado encarecidamente el problema del acoplamiento del empalme y una sugerencia que puedo darte es intentar de desplazar un poco el semiacople lado cojinete (eventualmente desplazando tambien el cojinete) hacia la turbina Pelton, de manera que el casquillo de teflon salga completamente sin chocar con el engranaje del enconder.

Espero de haberte sido de ayuda, dejame saber el exito

Ciao

Roberto

Da: Gustavo Marturet [mailto:[email protected]] Inviato: venerdì 30 marzo 2007 17.00 A: [email protected] Oggetto: Re: Desacoplamiento turbinas Pelton IUTEB-Bolivar

Hola Roberto.

En efecto revisamos sobre el equipo tu sugerencia. El problema esta en que la esfera no logra posicionarse en el lugar de enganche, es decir en la ranura del eje, debido a que el casquillo de teflon del acople no tiene posibilidad de desplazarse axialmente lo suficiente, por encontrarse limitado o a tope con el engranaje del ENCODER.

Un abrazo y a la espera de tus sugerencias.

Ing. Gustavo Marturet.

mailto:[email protected]�


113

El día 29/03/07, D.Belardinelli - STEM-ISI Engineering <[email protected]> escribió:

Estimado Ing. Gustavo Marturet,

Respondiendo a su E-Mail del 27/03/07, para resolver los problemas encontrados en el acople Bowex, lado turbina Pel ton, le aconsejo actuar de la siguiente manera:

1) Actuando sobre el tornillo de hexagono interior situado sobre el semi-acoplamiento lado turbina, ajusten el tornillo de manera que el empalme durante el funcionamiento no se desacople.

2) Averiguen que bajo del tornillo de hexagono se encuentren la esfera de acero y el respectivo muelle de otra forma el sistema no funcionaria

A la espera de su contastacion, reciba un cordial saludo

Devincenzi Roberto

Technical Dept.


Gustavo Marturet <[email protected]> para [email protected]

cc

[email protected], [email protected], Gaetano Daloia <[email protected]>, [email protected]


asunto Desacople de Turbinas Pellton IUTEB Bolivar



Sres Departamento Tecnico Stem Isi Impianti> Envie correo via Outoock solicitandoles informacion respecto a una eventualidad en un banco de turbinas Pelton Francis modelo H81. El equipo, en la seccion Pelton- Generador sufre el desacoplamiento del acople Bowex M32 de forma deliberada y fortuitamente. Espero asosoria al respecto. Anexo envio archivos graficos sobre el problema. Ing. Gustavo Marturet . Docente mecanica de Fluidos 2 archivos adjuntos — Descargar todos los archivos adjuntos

DSC01496.JPG 153 K Vista Descargar

Desacoplamiento del Sistema Turbina Pelton- Generador.ppt


http://mail.google.com/mail/?ui=2&ik=0f0067f979&view=att&th=11193f547d0aaea3&disp=zip�

http://mail.google.com/mail/?ui=2&ik=0f0067f979&view=att&th=11193f547d0aaea3&attid=0.2&disp=inline&realattid=f_ezshg8t9&zw�

http://mail.google.com/mail/?ui=2&ik=0f0067f979&view=att&th=11193f547d0aaea3&attid=0.2&disp=attd&realattid=f_ezshg8t9&zw�

114

Gustavo Marturet <[email protected]>

para [email protected], [email protected]

cc [email protected], Gaetano Daloia <[email protected]>


asunto Fwd: Desacople de Turbinas Pellton IUTEB Bolivar



Sres Departamento Tecnico Stem Isi Impianti Envie correo via Outoock solicitandoles informacion respecto a una eventualidad en un banco de turbinas Pelton Francis modelo H81. El equipo, en la seccion Pelton- Generador sufre el desacoplamiento del acople Bowex M32 de forma deliberada y fortuitamente. Espero asesoria al respecto. Anexo envio archivos graficos sobre el problema. Ing. Gustavo Marturet . Docente Mecanica de Fluidos Gaetano D'Aloia <[email protected]> para Gustavo Marturet <[email protected]> cc José Luis Rojas <[email protected]> fecha 27 de marzo de 2007 11:46

asunto Re: Desacople de Turbinas Pellton IUTEB Bolivar

enviado por cantv.net


Hola Gustavo,

Lamento saber de ti en estas circunstancias aciagas y me parece que te tengo malas noticias: dudo mucho que la gente de ISI Impianti te conteste siquiera...

La garantía original de los equipos se venció antes de que fueran instalados pero, por presiones, aceptaron extenderla por un año después de la instalación, período que ya venció desafortunadamente... Tal vez, y sólo es una opinión personal, podrás tener más suerte al contactar a la gente de Eduinter (los equipos fueron adquiridos por Venezuela a Eduinter, por lo que ISI Impianti podrá argumentar eso para "escurrir el bulto", ya que para ellos, lealmente hablando, el IUTEB "no existe" entre sus clientes, quien existe es Eduinter...).

Sin embargo lo más probable es que, también ellos, dirán que las garantías se vencieron...

115

¿Qué hacer?

Lo más económico para el IUTEB es que ustedes mismos hagan las reparaciones a que haya lugar; en principio las actividades básicas serían las siguientes:

1. Verificar, con un nivel de burbuja, que el equipo se encuentre verdaderamente nivelado. En caso contrario nivelarlo con bases especiales que puedan absorber vibraciones (de esto hablamos desde el primer día de la instalación...).

2. Verificar la alineación (vertical y horizontal) de los tres ejes: el eje de la turbina Pelton, con el eje del generador y con el eje de la turbina Francis. En caso de desalineación se deberá proceder a aflojar de su(s) base(s) el(los) componente(s) desalineado(s) y alinearlos con cuidado: mientras mayor sea la velocidad angular de cada rotor mayor deberá ser la precisión en la alineación, de lo contrario las fuerzas generadas se transmiten a los acopladores y los pueden zafar.

3. Si todo está alineado, y a pesar de ello los acopladores se zafan en funcionamiento, puede ser que el acople de nylon se haya gastado/dañado o que esté mal montado/desajustado, o que el torque de desacople (graduada a través de un prisionero que actúa sobre una bola a través de un resorte) sea muy baja. Ojo, si se eleva la presión de desacople también se elevará la presión de acople, lo cual dificultará la operación durante las prácticas. Adicionalmente, el torque de desacople se gradúa como medida de seguridad: si el torque sube demasiado por algún problema de alineación, es necesario que el sistema se desacople, de lo contrario se pueden dañar rodamientos u otros componentes. El desacoplamiento automático es en realidad un fusible mecánico, como una chaveta o una lengüeta (... o la válvula de seguridad de una olla de presión...).

4. Si todos los componentes están bien alineados no debería haber problemas de desacoplamiento en funcionamiento, a menos de que el torque durante la operación sea demasiado alto. Si este es el caso puede deberse a varios factores: tal vez las condiciones de operación (influido también por las vibraciones generadas) estén por encima de las condiciones de diseño del equipo o el acoplador puede que esté dañado o mal ajustado. Si se trata de un problema de diseño pueden también haber dos opciones: que turbinas, bombas y generador estén bien acoplados en lo referente a potencia y torques generados pero que el acoplador está por debajo de las condiciones de operación normales, en este caso el problema se resuelve con un acoplador de mayor capacidad. El problema es más grave si alguna de las máquinas rotativas está "por debajo" de las otras en lo que a prestaciones se refiere; es posible que el acoplador haya sido seleccionado para proteger a dicha máquina: si se cambia por un acoplador que requiera de más torque para desacoplarse es posible que dicha máquina pueda dañarse...

Ciertamente nosotros estamos en capacidad de hacerlo, pero nuestros costos son más altos ya que cobraríamos también viáticos y alojamiento, lo que se sumaría a lo que cualquier ingeniero/empresa local les cobraría.

Como siempre estamos a tu más entera disposición.

Saludos cordiales y un fuerte abrazo,

Gaetano D'Aloia

116

Gustavo Marturet <[email protected]> para Gaetano D'Aloia <[email protected]> fecha 23 de abril de 2007 17:21




Hola Gaetano. Para tu felicidad y la mia pude resolver el problema del desacoplamiento. Si bien segui tus consejos, al desmontar el acople me di cuenta que la esfera que lo engnacha no llegaba a su agujero por lo que se zafaba el acople. Refrentando el teflon del acople en 5mm fue suficiente para mejorar el recorrido del acople hasta que llegara a engancharse. Gracias a mis companeros de postgrado de la UNEXPO, hicimos toda la operacion. Operamos el banco a diferentes cargas y presiones y el acople esta tanto mecanica como dinamicamente bien. Tambien alineamos ejes. El alinecion del bastidor respecto al piso no es problema. Me preocupa los resultados de las pruebas de vibraciones. Si bien ambas turbinas estan bien no es asi en el generador. Los resultados apuntan a un desbalanceo en el rotor o danos en rodamientos del generador. Espero la sugerencia de Roberto sobre si los niveles de vibraciones son aceptables o normales. Esta mediciones fueron avaladas por mis compeneros de EDELCA que tambien cursan el postgrado. No me queda mas que agradecerte tu asesoria y ponerme a tu disposicion. Un abrazo. Gustavo. Gaetano D'Aloia <[email protected]> para Gustavo Marturet <[email protected]> cc José Luis Rojas <[email protected]> fecha 23 de abril de 2007 19:00


enviado por cantv.net


Saludos Gustavo...

117

Me alegra de verdad el éxito alcanzado con la reparación del equipo; con relación a la vibración de la máquina eléctrica eso hasta podría ser normal (dentro de ciertos límites...).

Verás, en realidad el "freno" que se está usando para absorber la potencia generada por las turbinas es... un motor eléctrico... así de sencillo. Se usa el principio de que una máquina eléctrica se puede comportar bien sea como motor o como generador/alternador en función de cómo se alimenta: para trabajar como un motor eléctrico se le alimenta con electricidad (CC ó CA) y se obtiene salida de energía mecánica (rotación del eje); para que la máquina trabaje como generador/alternador se alimenta en cambio con energía mecánica a través del eje y, en los terminales del estator se obtiene energía eléctrica (CA o CC, según el tipo de máquina).

Ahora bien, ¿qué es lo que ocurre en el equipo?

Se alimenta energía mecánica a través del eje, acoplándolo a alguna de las dos turbinas, lo que permite generar electricidad y disipar parte de la potencia generada a través de la carga fantasma (la resistencia eléctrica externa).

Para controlar las rpm y la potencia de la "máquina eléctrica" el inverter alimenta una corriente eléctrica que se "opone" a la corriente generada por el generador y, por ende, se obtiene el efecto de frenado en el generador, lo que permite consumir mayor cantidad de la potencia generada por las bombas y suministrada a través de la turbina que se haya conectado... Pero el hecho es que las bombas siguen suministrando energía hidráulica que llega a las turbinas... y éstas (la que esté conectada al generador) gira y hace girar al generador, el cual está siendo frenado a través del inverter.

¿Y entonces? Bueno, parte de la energía (potencia, en función el tiempo) generada es disipada posiblemente en forma de vibraciones...

¿Cómo saber si el generador está desbalanceado? Ponlo a trabajar como motor eléctrico... Con mucho cuidado haz un plano de las conexiones eléctricas en el cajetín del generador, luego desconéctalo del inverter y conéctalo como motor eléctrico: si vibra al trabajar como motor eléctrico entonces el rotor está desbalanceado; si no vibra en dichas condiciones... entonces las vibraciones son debidas a la disipación de parte de la energía...

Por ahora me despido, dándote un fuerte abrazo, siempre feliz de saber de ti.

Tu amigo,

Gaetano

118

.Belardinelli - STEM-ISI Engineering <[email protected]> responder a [email protected]


fecha 4 de mayo de 2007 03:49

asunto R: dudas sobre turbinas IUTEB-Bolivar Venezuela


Hola Gustavo,

Contestando a tu E-Mail, te ruego notar lo siguiente:

1) La medida de 10 voltios leida sobre el instrumento es equivalente a 3000 rev/minuto

2) El parametro MON.02, visualiza la velocidad de la turbina acoplada relevada a traves del encoder. Es posible que entre las dos medidas haya una pequena diferencia

3) La energia electrica generada, a la salida del accionamiento, es continua

Espero haber aclarado tus dudas. Estoy a disposicion para ulteriores informaciones.

Un saludo cordial

Gustavo Marturet [mailto:[email protected]] Inviato: giovedì 3 maggio 2007 15.54 A: [email protected] Oggetto: dudas sobre turbinas IUTEB-Bolivar Venezuela

---------- Forwarded message ---------- From: Gustavo Marturet <[email protected]> Date: 23-abr-2007 17:30 Subject: Desacoplamiento turbinas Pelton IUTEB-Bolivar To: [email protected]

Hola Roberto.

Dejame decirte que pudimos solucionar el problema del acople de la turbina Pelton y el generador.





119

El desmontaje del acople revelo que la esfera no se posicionaba en su ranura o agujero durante su movimiento manual axial de enganche. Esto, debido a que el engranaje del encoder le impedia recorrer su distancia axial necesaria.

Se corrigio el problema refrentando en 5mm el nylon de poliamida del acople, suficientes para garantizar que la esfera se ubicara correctamente en su ranura final de enganche. Puebas posteriores en diversas condiciones de carga garantizan tanto la resistencia al torque del acople como su confiabilidad de enganche.

Sin embargo tengo algunas dudas operacionales del banco H81 que te indico seguidamente:

1.-La medida de 10 voltios para 3000 rpm indica la velocidad angular de la turbina acoplada?

2.-En el tablero ANSALDO se indica con Mon. 02 Motor Speed unas rpm que no se a cual eje se refiere? Es la velocidad de la turbina acoplada o es la velocidad del motor del encoder? Te hago la pregunta pues las rpm obtenidas del galvanometro son diferentes a las de Mon. 02.

3.-El energia electrica es de generada es de tipo continua o alterna? No se si el sistema rectifica el tipo generado.

Se hizo la alineacion de ejes y del bastidor del banco y quedo muy aceptable.

Finalmente, hicimos mediciones de vibraciones en los apoyos o cojinetes del eje de la turbina Pelton y tanto vertical como horizontal se obtuvo de menos de 0,1pulgadas por segundo. Esta misma medida tambien se obtuvo midiendo las vibraciones en la turbina Francis.

Sin embargo, cuando medimos las vibraciones en el generador se obtuvo del orden de 0.6pulgadas por segundo, por que sospechammos un problema de balanceo en el generador o en sus rodamientos. De alli la fuerte vibracion cuando el sistema esta en marcha y acoplado, sobre todo del lado de la turbina Pelton.

Agradecido de tu gentileza, se despide

Ing Gustavo Marturet.



fecha 15 de mayo de 2007 04:10

asunto R: Mas dudas sobre turbinas IUTEB-Bolivar Venezuela


Hola Gustavo,

Aqui abajo te contesto intentado resolver tus dudas:

1. Del voltimetro que indica 10V por cada 3000rev/min se obtiene las rev/min del eje de la turbina?

120

SI, correcto

2.- D'onde visualizo el voltaje y la intensidad de corriente producida por el generador?

Sobre el monitor del pequeno teclado, a la pagina <MON> y seleccionando con los arroyos los parametros deseados

3. La medida del torque de 23 Nm del voltimetro respectivo se puede obtener tambien en el procesador Ansaldo?

Si, siempre a la pagina <MON>. De todas formas pueden consultar el manual Ansaldo (quizas tienen tambien una copia en italiano).

4.- Las mediciones de vibraciones en el equipo en 0,1pulgadas/segungo y previa informacion tecnica la clasifican como aceptable y normal, mas no asi para el generador cuyo resultado fue de 0,6pulgadas/segundo de clasificacion critica. Aun asi, es normal esta vibracion en el generador?

No me resulta que habian problemas en el generador. Para el caso hayan movido la maquina, puede ser conveniente controlar la correcta alineacion de la maquina electrica.

Espero poder visitar personalmente este lugar estupendo

Un abrazo

Roberto

Da: Gustavo Marturet [mailto:[email protected]] Inviato: venerdì 4 maggio 2007 16.34 A: [email protected] Oggetto: Mas dudas sobre turbinas IUTEB-Bolivar Venezuela

Hola Roberto. En efecto si tengo algunas dudas y seguidamente te las indico:

1. Del voltimetro que indica 10V por cada 3000rev/min se obtiene las rev/min del eje de la turbina?

2.- D'onde visualizo el voltaje y la intensidad de corriente producida por el generador?

3. La medida del torque de 23 Nm del voltimetro respectivo se puede obtener tambien en el procesador Ansaldo?

4.- Las mediciones de vibraciones en el equipo en 0,1pulgadas/segungo y previa informacion tecnica la clasifican como aceptable y normal, mas no asi para el generador cuyo resultado fue de 0,6pulgadas/segundo de clasificacion critica. Aun asi, es normal esta vibracion en el generador? Un abrazo

Da: Gustavo Marturet [mailto: [email protected]] Inviato: giovedì 3 maggio 2007 15.54 A: [email protected] Oggetto: dudas sobre turbinas IUTEB-Bolivar Venezuela





121

---------- Forwarded message ---------- From: Gustavo Marturet <[email protected]> Date: 23-abr-2007 17:30 Subject: Desacoplamiento turbinas Pelton IUTEB-Bolivar To: [email protected]

Hola Roberto.

Dejame decirte que pudimos solucionar el problema del acople de la turbina Pelton y el generador.

El desmontaje del acople revelo que la esfera no se posicionaba en su ranura o agujero durante su movimiento manual axial de enganche. Esto, debido a que el engranaje del encoder le impedia recorrer su distancia axial necesaria.

Se corrigio el problema refrentando en 5mm el nylon de poliamida del acople, suficientes para garantizar que la esfera se ubicara correctamente en su ranura final de enganche. Puebas posteriores en diversas condiciones de carga garantizan tanto la resistencia al torque del acople como su confiabilidad de enganche.

Sin embargo tengo algunas dudas operacionales del banco H81 que te indico seguidamente:

1.-La medida de 10 voltios para 3000 rpm indica la velocidad angular de la turbina acoplada?

2.-En el tablero ANSALDO se indica con Mon. 02 Motor Speed unas rpm que no se a cual eje se refiere? Es la velocidad de la turbina acoplada o es la velocidad del motor del encoder? Te hago la pregunta pues las rpm obtenidas del galvanometro son diferentes a las de Mon. 02.

3.-El energia electrica es de generada es de tipo continua o alterna? No se si el sistema rectifica el tipo generado.

Se hizo la alineacion de ejes y del bastidor del banco y quedo muy aceptable.

Finalmente, hicimos mediciones de vibraciones en los apoyos o cojinetes del eje de la turbina Pelton y tanto vertical como horizontal se obtuvo de menos de 0,1pulgadas por segundo. Esta misma medida tambien se obtuvo midiendo las vibraciones en la turbina Francis.

Sin embargo, cuando medimos las vibraciones en el generador se obtuvo del orden de 0.6pulgadas por segundo, por que sospechammos un problema de balanceo en el generador o en sus rodamientos. De alli la fuerte vibracion cuando el sistema esta en marcha y acoplado, sobre todo del lado de la turbina Pelton.

Agradecido de tu gentileza, se despide

Ing Gustavo Marturet.

D.Belardinelli - STEM-ISI Engineering <[email protected]> responder a [email protected] para Gustavo Marturet <[email protected]> fecha 7 de junio de 2007 07:58 asunto R: H-81. De Bolivar datos de medidas y




122

calculos no consistentes. Nuevos modelos del H81

Estimado Sr. Marturet,

La informo que el sr. Devincenzi esta de viaje esta semana: para su informacion estara de regreso la proxima y seguramente le ira a contestar a sus mensajes.

Atentos saludos

Daniela Belardinelli

Depto. Comercial

STEM-ISI Engineering Srl

Da: Gustavo Marturet [mailto:[email protected]] Inviato: martedì 5 giugno 2007 23.30 A: [email protected] Oggetto: Fwd: H-81. De Bolivar datos de medidas y calculos no consistentes. Nuevos modelos del H81

Hola Roberto.

Realmente sigo con las dificulatdes para las mediciones del H81. He medidos las variables electricas del generador en acrga y no coincide con el Encoder. Tambien noto que la potencia mecanica Pm, siempre me da muy baja, de menos de 1KW. La unica variable sobre la que confio es la presion a la entrada y el caudal, para obtener H.

Mucho agradeceria tus orientaciones.


Hola Roberto.







123

Saludos

---------- Forwarded message ---------- From: Gustavo Marturet <[email protected]> Date: 01-jun-2007 20:29 Subject: H-81. De Bolivar datos de medidas y calculos no consistentes To: [email protected], Gaetano Daloia <[email protected] >

Hola Roberto.

Realmente este equipo ha dado bastantes problemas para ponerlo a funcionar. Y ahora tambien para medir las variables.

Cavilando con el problema del banco H81, he construido cualquier set de mediciones y aun asi tengo dificultades con los resultados de los calculos a partir de las mediciones, en especial las digitales y electricas.

Durante la tarde revise los calculos de cabeza de turbina (H), y este si tiene consistencia con lo esperado. El problema empieza a partir de estimar la potencia mecanica de la turbina la cual en el caso de la Pelton ronda en condiciones mas extremas 0,78KW. Dato que no concuerda con las especificaciones tecnicas. La potencia hidraulica si parece estar bien.

A partir de la mediciones del torque de turbina, dato medido electricamente, empiezan las complicaciones para la potencia mecanica y la eficiencia de la turbina la cual llega a escasamente al 20%. Y me pregunto esta bien esta relacion 10V=23Nm? Al mismo tiempo esta bien el factor 10V=3000rpm.

La potencia electrica es la medicion mas erronea, pues supera la potencia mecanica y en consecuencia resulta un generador con eficiencia mayor al 100%, lo cual viola la 2da ley de la termodinamica. Para estimar la potencia electrica del generador tome la medida senalada en Mon 06 y la multiplique por la medida de Mon 04 del display del Inverter.

Te indico un set de medidas para la turbina Pelton con 26cm del medidor de presion al eje de turbina.

Caudal 34,7 m3/h; Presion 3,8bar,

torque 3V=6,9Nm; rpm: 3,6V=1080rpm;

voltaje del dinamo generador= Mon 06= 644V;

Corriente del generador=Mon 04= 8,5A.

A partir de estos datos se tienen lo siguientes resultados:

H=38,73m; Potencia hidraulica Pi= 3,66KW; Potencia mecanica Pm=0,78KW;

Potencia electrica Pe=5,47KW= 644V*8,5A/1000; Rendimiento turbina = 0.78/3.66=0,21; ( Muy bajo)




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Rendimiento dinamo(generador)= 5,47/0,78= 7,01>1 ( Imposible )

Las ecuaciones de calculo han sido decantadas y simuladas empleando los datos de pruebas del manual de maquina, resultando consistentes y aceptables.

En mejores condiciones tanto de recursos como de tiempo sustituiria los indicadores electricos y digitales por medidores mecanicos, pero esta fortuna no me acompana.

Tambien revise el manual del display de mediciones del inverter y por los momentos no doy con mejores mediciones que me permitan sacarle provecho al equipo.

Otro detalle es que escasamente puedo llegar a 1200rpm en la Pelton y 1500 rpm en la Francis, segun el factor 10V=3000rpm

Finalmente, te informo que mi insistencia con la elaboracion de las curvas de funcionamiento de maquina es parte de un estudio de postgrado, pero ante esta dificultad no puedo seguir adelante hasta no superarla.

Agradecido nuevamente por tu asesoria, recibe un abrazo.

Gustavo Marturet.



fecha 13 de junio de 2007 09:20 asunto R: H-81 - J655


Estimado Gustavo,

Leyendo las notas enviadas por el cliente, me parece que la presion de alimentacion sea baja:

Te aconsejo de averiguar lo siguiente:

1. Las bombas han sido predispuestas para el funcionamiento en serie? 2. Las bombas funcionan correctamente? 3. La lectura del caudal està correcta? 4. Recuerden que la turbina Pelton debe ser alimentada con caudal bajo y presion alta

(Q=20 mc/h H=6 bar, valores indicativos), y por este motivo las bombas deben estar predispuestas para el funcionamiento en serie. Al contrario para la turbina Francis las bombas deben estar predispuestas para el funcionamiento en paralelo (Q=70 mc/h H=3 bar, valores indicativos).

5. En estas condiciones se alcanza facilmente la velocidad de 1500 rpm para la Pelton y de 3000 rpm para la Francis

6. Lean en MON02 el valor de velocidad: si rpm=1500, el valor leido sobre el instrumento debe ser cerca de 5V, si rpm=3000 el valor leido sobre el instrumento debe ser cerca de 10V.

125

7. Para lo que concierne el valor del par, confirmo que 10V=23Nm. Para una comparacion hagan referencia a MON011, donde es posible leer en porcentaje la reaccion de par.

Para lo que concierne el calculo de la Potencia Mecanica y de la Potencia Electrica estoy esperando una contestacion por parte de ANSALDO. Apenas la tengo te ire a contactar nuevamente.

Un saludo

Roberto Devincenzi


Hola Roberto.



Saludos

El día 13/06/07, D.Belardinelli - STEM-ISI Engineering <[email protected]> escribió: - Mostrar texto citado -

Estimado Gustavo,



Las bombas han sido predispuestas para el funcionamiento en serie?

1. Las bombas funcionan correctamente? 2. La lectura del caudal està correcta? 3. Recuerden que la turbina Pelton debe ser alimentada con caudal bajo y presion alta

(Q=20 mc/h H=6 bar, valores indicativos), y por este motivo las bombas deben estar predispuestas para el funcionamiento en serie. Al contrario para la turbina Francis las




126

bombas deben estar predispuestas para el funcionamiento en paralelo (Q=70 mc/h H=3 bar, valores indicativos).





Un saludo

Roberto Devincenzi

Da: Gustavo Marturet [mailto: [email protected]] Inviato: martedì 5 giugno 2007 23.30 A: [email protected] Oggetto: Fwd: H-81. De Bolivar datos de medidas y calculos no consistentes. Nuevos modelos del H81

Hola Roberto.



Saludos ---------- Forwarded message ---------- From: Gustavo Marturet < [email protected]> Date: 01-jun-2007 20:29 Subject: H-81. De Bolivar datos de medidas y calculos no consistentes To: [email protected], Gaetano Daloia <[email protected] >

Hola Roberto.

Realmente este equipo ha dado bastantes problemas para ponerlo a funcionar. Y ahora tambien para medir las variables.

Cavilando con el problema del banco H81, he construido cualquier set de mediciones y aun asi tengo dificultades con los resultados de los calculos a partir de las mediciones, en especial las digitales y electricas.






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Durante la tarde revise los calculos de cabeza de turbina (H), y este si tiene consistencia con lo esperado. El problema empieza a partir de estimar la potencia mecanica de la turbina la cual en el caso de la Pelton ronda en condiciones mas extremas 0,78KW. Dato que no concuerda con las especificaciones tecnicas. La potencia hidraulica si parece estar bien.

A partir de la mediciones del torque de turbina, dato medido electricamente, empiezan las complicaciones para la potencia mecanica y la eficiencia de la turbina la cual llega a escasamente al 20%. Y me pregunto esta bien esta relacion 10V=23Nm? Al mismo tiempo esta bien el factor 10V=3000rpm.

La potencia electrica es la medicion mas erronea, pues supera la potencia mecanica y en consecuencia resulta un generador con eficiencia mayor al 100%, lo cual viola la 2da ley de la termodinamica. Para estimar la potencia electrica del generador tome la medida senalada en Mon 06 y la multiplique por la medida de Mon 04 del display del Inverter.

Te indico un set de medidas para la turbina Pelton con 26cm del medidor de presion al eje de turbina.

Caudal 34,7 m3/h; Presion 3,8bar,

torque 3V=6,9Nm; rpm: 3,6V=1080rpm;

voltaje del dinamo generador= Mon 06= 644V;

Corriente del generador=Mon 04= 8,5A.

A partir de estos datos se tienen lo siguientes resultados:

H=38,73m; Potencia hidraulica Pi= 3,66KW; Potencia mecanica Pm=0,78KW;

Potencia electrica Pe=5,47KW= 644V*8,5A/1000; Rendimiento turbina = 0.78/3.66=0,21; ( Muy bajo)

Rendimiento dinamo(generador)= 5,47/0,78= 7,01>1 ( Imposible )

Las ecuaciones de calculo han sido decantadas y simuladas empleando los datos de pruebas del manual de maquina, resultando consistentes y aceptables.

En mejores condiciones tanto de recursos como de tiempo sustituiria los indicadores electricos y digitales por medidores mecanicos, pero esta fortuna no me acompana.

Tambien revise el manual del display de mediciones del inverter y por los momentos no doy con mejores mediciones que me permitan sacarle provecho al equipo.

Otro detalle es que escasamente puedo llegar a 1200rpm en la Pelton y 1500 rpm en la Francis, segun el factor 10V=3000rpm

Finalmente, te informo que mi insistencia con la elaboracion de las curvas de funcionamiento de maquina es parte de un estudio de postgrado, pero ante esta dificultad no puedo seguir adelante hasta no superarla.

Agradecido nuevamente por tu asesoria, recibe un abrazo.

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Gustavo Marturet.

Gustavo Marturet <[email protected]> para [email protected] fecha 13 de junio de 2007 17:14 asunto Re: R: H-81 - J655 enviado por gmail.com


En efecto las bombas funcionan correctamente. Para el ensayo en la Francis se hizo con valores cercanos a 60m3/h con las bombas en paralelo y tenemos la misma situacion. Para la Pelton el ensayo se hizo con una sola bomba.Aun asi en ambos casos no es posible alcanzar los valores nominales de rotacion. Tambien vi la opcion MON011, sin embargo en el manual no aparece la ecuacion de este termino porcentual. Es decir no se que valores relaciona.De tenerla podria relacionarla con lo que se desea calcular. Tambien el MON 06 y MON04 no coinciden con la corriente y la tension en la resistencia disipadora de carga del generador. Posteriormente te enviare las hojas de calculos completas con los dos ensayos. Nuevamente gracias. .Belardinelli - STEM-ISI Engineering <[email protected]> responder a [email protected]


fecha 15 de junio de 2007 05:11 asunto R: R: H-81 - J655


Gustavo,

Turbina Francis:

con el potenciomentro del cargo puesto en 0, la turbina debe llegar facilmente a 3000 rpm. Si no los alcanza, esto sifnifica que tienen el distribudor cerrado, pues es necesario abrirlo.

Turbina Pelton:

Porque han hecho el ensayo con una sola bomba? Es necesario posicionar las bombas en serie, y hacerlas funcionar juntas.

La manera correcta de hacerlas funcionar es poner las dos bombas en serie, no solo una.

Despues de haber hecho esto, vale lo mismo dicho para la Turbina Francis.

129

Para las otras preguntas relativas a los valores MON, lo lamento pero sigo esperando aclaraciones de la firma Ansaldo, que aun no me ha contestado.

Volvere lo mas pronto posible.

Un saludo

Roberto

Da: Gustavo Marturet [mailto:[email protected]] Inviato: mercoledì 13 giugno 2007 23.45 A: [email protected] Oggetto: Re: R: H-81 - J655

En efecto las bombas funcionan correctamente. Para el ensayo en la Francis se hizo con valores cercanos a 60m3/h con las bombas en paralelo y tenemos la misma situacion. Para la Pelton el ensayo se hizo con una sola bomba.Aun asi en ambos casos no es posible alcanzar los valores nominales de rotacion.

Tambien vi la opcion MON011, sin embargo en el manual no aparece la ecuacion de este termino porcentual. Es decir no se que valores relaciona.De tenerla podria relacionarla con lo que se desea calcular.

Tambien el MON 06 y MON04 no coinciden con la corriente y la tension en la resistencia disipadora de carga del generador.

Posteriormente te enviare las hojas de calculos completas con los dos ensayos.

Nuevamente gracias.


Estimado Gustavo,



1. Las bombas han sido predispuestas para el funcionamiento en serie? 2. Las bombas funcionan correctamente? 3. La lectura del caudal està correcta? 4. Recuerden que la turbina Pelton debe ser alimentada con caudal bajo y presion alta

(Q=20 mc/h H=6 bar, valores indicativos), y por este motivo las bombas deben estar predispuestas para el funcionamiento en serie. Al contrario para la turbina Francis las bombas deben estar predispuestas para el funcionamiento en paralelo (Q=70 mc/h H=3 bar, valores indicativos).






130



Un saludo

Roberto Devincenzi

Da: Gustavo Marturet [mailto: [email protected]] Inviato: martedì 5 giugno 2007 23.30 A: [email protected] Oggetto: Fwd: H-81. De Bolivar datos de medidas y calculos no consistentes. Nuevos modelos del H81

Hola Roberto.



Saludos

Gustavo Marturet <[email protected]> para [email protected] fecha 15 de junio de 2007 11:01 asunto Re: R: R: H-81 - J655 enviado por gmail.com


Estare pendiente. Pondre el potenciometro en 0. Aun asi me gustaria me dijeran donde obtengo verazmente la medida de la tension y corriente producida por el generador, y cual es la formula que mide la relacion de torque o porcentaje de torque de MON 11? Por lo que medi no son los valores de MON 04 y MON 06. Y creo que sera Ansaldo quien tenga la respuesta.



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fecha 15 de junio de 2007 05:11 asunto R: R: H-81 - J655


Gustavo,

Turbina Francis:


Turbina Pelton:






Un saludo

Roberto

Da: Gustavo Marturet [mailto:[email protected]] Inviato: mercoledì 13 giugno 2007 23.45 A: [email protected] Oggetto: Re: R: H-81 - J655

En efecto las bombas funcionan correctamente. Para el ensayo en la Francis se hizo con valores cercanos a 60m3/h con las bombas en paralelo y tenemos la misma situacion. Para la Pelton el ensayo se hizo con una sola bomba.Aun asi en ambos casos no es posible alcanzar los valores nominales de rotacion.



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Tambien vi la opcion MON011, sin embargo en el manual no aparece la ecuacion de este termino porcentual. Es decir no se que valores relaciona.De tenerla podria relacionarla con lo que se desea calcular.

Tambien el MON 06 y MON04 no coinciden con la corriente y la tension en la resistencia disipadora de carga del generador.

Posteriormente te enviare las hojas de calculos completas con los dos ensayos.

Nuevamente gracias.



fecha 19 de junio de 2007 06:12 asunto R: R: R: H-81 - J655


Gustavo,

Te envio las contestaciones y las formulas recibidas por parte de Ansaldo.

Te repito que es muy importante efectuar los ensayos posicionando las bombas de la manera que te explique en mi ultima E-Mail, de otras formas el sistema no puede marchar correctamente.

Si los datos motores son puestos correctamente (parametros de Mot.01 a Mot.07) y las revoluciones son correctas (Mon.02), los caballos al eje en Watt resulta del calculo:

P mecc = (10 x Mon.11 x Mot.06 x Mon.02)/Mot.04

La potencia electrica aproximada se puede al contrario calcular como:

P el = (1,283 x Mon.02 x Mon.06 x Mon.04 x Mot.07)/ Mot.04

Los significados de las variables en las 2 formulas son los siguientes:

Mon.02 = revoluciones (RPM)

Mon.04 = corriente suministrada (A)

Mon.11 = par suministrada en % de la nominal motor.

Mot.04 = revoluciones nominales motor (RPM)

Mot.06 = potencia nominal motor (kW)

Mot.07 = cos fi motor

133

Te ruego de efectuar los calculos exactamente como indicado, despues de tomar nota de los resultados (presion, caudal etc.) y de enviarmelos, para averiguar la situacion.

Hasta pronto

Roberto


Gustavo,

Turbina Francis:


Turbina Pelton:






Gustavo Marturet <[email protected]> para [email protected] fecha 20 de junio de 2007 10:14 asunto Re: R: R: R: H-81 - J655 enviado por gmail.com


Hola Roberto. El valor de Mon 11 , que expresa par suministrada en % de la nominal del motor que ecuacion tiene o que proporcion expresa? Saludos.


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fecha 21 de junio de 2007 04:39 asunto R: R: R: R: H-81 - J655


Gustavo,

El valor Mon.11 representa la par suministrada en porcentaje de la nominal del motor, pero no conocemos la ecuacion que la origina. Este es un calculo automatico del software ubicado en la RAM del programa.

Si todos los parametros del motor (Mot. 01 a Mot. 07) son insertados correctamente, el accionamiento verifica los otros parametros y se calcula automaticamente el valor Mon. 11.

Un saludo

Roberto

etano D'Aloia <[email protected]> fecha 23 de abril de 2007 17:21




Hola Gaetano. Para tu felicidad y la mia pude resolver el problema del desacoplamiento. Si bien segui tus consejos, al desmontar el acople me di cuenta que la esfera que lo engnacha no llegaba a su agujero por lo que se zafaba el acople. Refrentando el teflon del acople en 5mm fue suficiente para mejorar el recorrido del acople hasta que llegara a engancharse. Gracias a mis companeros de postgrado de la UNEXPO, hicimos toda la operacion. Operamos el banco a diferentes cargas y presiones y el acople esta tanto mecanica como dinamicamente bien. Tambien alineamos ejes. El alinecion del bastidor respecto al piso no es problema. Me preocupa los resultados de las pruebas de vibraciones. Si bien ambas turbinas estan bien no es asi en el generador. Los resultados apuntan a un desbalanceo en el rotor o danos en rodamientos del generador. Espero la sugerencia de Roberto sobre si los niveles de vibraciones son aceptables o normales. Esta mediciones fueron avaladas por mis compeneros de EDELCA que tambien cursan el postgrado.

135

No me queda mas que agradecerte tu asesoria y ponerme a tu disposicion. D.Belardinelli - STEM-ISI Engineering <[email protected]> responder a [email protected] para Gustavo Marturet <[email protected]> fecha 4 de marzo de 2008 06:21

asunto I: R: IUTEB Ciudad Bolivar Venezuela. Calculos con formulas ANSALDO


Aqui tiene el alegado.

Da: D.Belardinelli - STEM-ISI Engineering [mailto:[email protected]] Inviato: martedì 4 marzo 2008 11.49 A: 'Gustavo Marturet' Oggetto: R: R: IUTEB Ciudad Bolivar Venezuela. Calculos con formulas ANSALDO

Hola Gustavo,

En relacion a lo que me describes, creo que en el calculo de la potencia electrica tu estas equivocando a considerar el COS_FI (Mot.07) siempre igual para todas las condiciones de trabajo de la maquina eléctrica.

Te recuerdo que el cos_fi que se lee sobre la plata del motor es aquello atribuido para las condiciones nomilaes de trabajo, mientras si trabajamos en condiciones diferentes el cos_fi varia considerablemente.

Te alego una tabla, completada con los parametros por ti relevados, pero con un cos_fi variable a segun de las condiciones de trabajo de la maquina.

Espero tus comentarios.

Un saludo cordial

Roberto


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Da: Gustavo Marturet [mailto:[email protected]] Inviato: mercoledì 27 febbraio 2008 15.52 A: [email protected] Oggetto: Re: R: IUTEB Ciudad Bolivar Venezuela. Calculos con formulas ANSALDO

Hola, le estare altamente agradecido por su gestion haciendole llegar esta informacion para asesoria tecnica al respecto.

Gracias.

Gustavo Marturet

Da: Gustavo Marturet [mailto:[email protected]] Inviato: martedì 26 febbraio 2008 23.59 A: [email protected] Oggetto: IUTEB Ciudad Bolivar Venezuela. Calculos con formulas ANSALDO

Hola Roberto , recibe cordial saludo..

Te informo que sobre el banco H81 del IUTEB estoy haciendo un trabajo para presentar como aporte investigativo. En el mismo trata sobre la solucion de los problemas de acopalmiento de Turbina Pelton y dinamos, los procedimientos para toma de datos y calculo de valores de curvas caracteristicas de las turbinas Pelton y Francis y algunas recomendaciones.

Si bien los calculos han mejorado gracias a las ultimas formulas que recibiste de ANSALDO para Pmec y Pel, tal y como me indicaste en el email del 19/06/2007, veo una disparidad termidinamica en el redimiento del dinamo pues es mayor a 1 en algunos casos, cosa imposible.

Tambien para otros valores de caudal entre 50 y 60 m^3/h ocurre lo mismo violando la primera ley de la termodinamica.

En lo que si no he podido mejorar es en las rpm las cuales no llegan a mas de 1200rpm bajo cualquier arreglo de las bombas, freno y valvulas.

La experiencia para toma de datos se hizo segun el metodo propuesto en el manual H81 Guia nro 7, paginas 47 a 50. Tambien se emplearon las dos bombas, tal y como indicaste, con las valvulas en la posicion correcta. Los datos precargados para Mot 06, Mot 04 y Mot 07 coinciden con los cargados en el programa del ANSALDO y con los apuntados por Gaetano en el manual ANSALDO.

Te anexo una hoja con las medidas obtenidas y los calculos efectuados, asi como las formulas empleadas.





137

En lo que no estoy seguro es en el calculo del rendimiento del dinamo, desde el punto de vista termodinamico este rendimiento deberia ser N = Pel / Pmec.. Sin embargo en la pagina 49 del manual H81 aparece como:

Nd= Pe / [ Pm + IeVe*10^-3]..

Ahora con el procesador ANSALDO no me es claro quienes son y donde mido las variables Ie y Ve, pues el manual indica que estas son tension e intensidad de corriente de excitacion.( Ver pagina 49 del manual H81), mas en el manual ANSALDO no se indica algo al respecto.

Roberto, mucho te agradeceria tu colaboracion para resolver estos inconvenientes y felizmente poder presentar a la brevedad posible esta investigacion.

Como siempre gracias.. 2007/6/25, D.Belardinelli - STEM-ISI Engineering <[email protected]>:

Estimado Gustavo,

Iremos a preparar una copia en papel del manual y te la enviaremos a tu direccion: tenemos una version en lengua ingles y una en lengua italiana. Cual es la que prefieres?

Espero tu contestacion

Un cordial saludo

Roberto

D.Belardinelli - STEM-ISI Engineering <[email protected]> responder a [email protected] para Gustavo Marturet <[email protected]> fecha 12 de marzo de 2008 06:29

asunto I: I: R: IUTEB Ciudad Bolivar Venezuela. Calculos con formulas ANSALDO


Gustavo buenos dias,

En contestacion a tus E-Mail, te informo de lo siguiente:

Ten en cuenta que el tablero que te envie la otra vez esta valido para todas las pruebas.

Para redactar este tablero, he consultado el documento de la firma Cantoni, productor de los motores presentes en las maquinas del laboratorio. En alegado te envio este tablero.

De este puedes notar como el factor de potencia (MOT07) varia en funcion del cargo.


138

El factor de potencia en la formula para el calculo de la potencia electrica no debe ser mantenido en posicion constante (0,88), sino debe ser variable en funcion de las diferentes condiciones de cargo.

Contestando a tus preguntas, el MOT04 y MOT06 no son variables, pues se refieren a datos de la plata del motor especifico, y deben quedar asi.

El MOT07 no debe ser determinado cada vez, yo lo he determinado a traves de los diagramas de la Cantoni, que nos dan el MOT07 en funcion del cargo de la maquina electrica.

Creo que ahora tu tengas todos los elementos necesarios, como siempre informame si algo no esta claro.

Un saludo

Roberto

D.Belardinelli - STEM-ISI Engineering <[email protected]> responder a [email protected] para Gustavo Marturet <[email protected]> fecha 17 de marzo de 2008 07:06

asunto R: I: I: R: IUTEB Ciudad Bolivar Venezuela. Calculos con formulas ANSALDO


Hola Gustavo,

El cosfi de las maquinas electricas esta determinado de manera experimental por la casa constructora y, como se vee en la hoja anexada en mi ultima E-Mail, por valores de carga inferiores al 60% el cosfi baja considerablemente.

Los valores que he insertado en el tablero han sido obtenidos tomando referencia de los graficos sumistrados por la casa constructora.

Espero que estas informaciones sean suficientes, pues lamentablemente no sabria como ayudarte mas.

Un saludo cordial

Da: Gustavo Marturet [mailto:[email protected]] Inviato: mercoledì 12 marzo 2008 21.02 A: [email protected] Oggetto: Re: I: I: R: IUTEB Ciudad Bolivar Venezuela. Calculos con formulas ANSALDO

Roberto, buenas tardes y agradecido por tu paciencia.

En efecto veo que el MOT07 cambia con la carga, tal y como observo en tu anexo de Motores Asincronicos Cantoni enviado en tu email del 12 de marzo del 2008.



139

Mas no veo un proceso metodico como tal para obtenerlo, sino aproximaciones para las que no tengo referencia alguna.

Por tanto, sigo sin enteder el proceso o metodo que debo tomar para determinar el cos fi para cada prueba del H81 una vez que tenga los valores de caudal, presion, rpm(MON 02), corriente(MON04), voltaje ( MON 06) y el de MON 11. Me gustaria disponer de las curvas, tablas que me indiquen su valor segun el motor del H81 del laboratorio de aca , si es que a partir de ellas se obtiene o la formula con sus datos para calcularlo.

He realizado algunas aproximaciones a partir de Pa=V*I*1.73*cos fi/ 1000 pero sigo sin dar con el valor de cada prueba indicado por ti. Por lo qu esta formula tampoco me sirve.

Como hiciste para obtener 0,15; 0,25; 0,55; 0,65;0,70;0,77; 0,88 para la prueba 1,2,3,4,5,6y 7 respectivamente, en el ensayo o pruebas que te envie del H81?

Se que cos fi varia, pero como lo estimo? . El anexo solo me demuestra que no es fijo en 0,88, pero si no es fijo como hago para calcularlo ya sea por tablas, graficas o formulas ?

Saber el proceso o metodo para obtener cos fi en cada prueba de la turbina me interesa pues asi podre realizar mas ensayos con datos diferentes cada vez, con una bomba en vez de dos, por ejemplo.

Tome nota de los datos de placa del motor asincronico , segun lo que lei en tu anexo depende de cada motor. Estos datos son:

Motor asincrono trifasico Cantoni

tipo; SSg 132S 28

IP 55

Nro P-200523

7,5 KW 50Hz 380-420 V 13,9A 2920 rpm cos fi 0,88

8,6 Kw 60Hz 440 V 14,2 A 3510 rpm cos fi 0,89

Sospecho que con estos datos pueden darte las tablas o graficas de cos fi para los ensayos del H81 ya sea con la turbina Pelton o la turbina Francis de este motor en particular.

Gracias por tu paciencia y gentileza.

Gustavo

2008/3/12, D.Belardinelli - STEM-ISI Engineering <[email protected]>:

Gustavo buenos dias,

En contestacion a tus E-Mail, te informo de lo siguiente:

Ten en cuenta que el tablero que te envie la otra vez esta valido para todas las pruebas.


140

Para redactar este tablero, he consultado el documento de la firma Cantoni, productor de los motores presentes en las maquinas del laboratorio. En alegado te envio este tablero.

De este puedes notar como el factor de potencia (MOT07) varia en funcion del cargo.

El factor de potencia en la formula para el calculo de la potencia electrica no debe ser mantenido en posicion constante (0,88), sino debe ser variable en funcion de las diferentes condiciones de cargo.

Contestando a tus preguntas, el MOT04 y MOT06 no son variables, pues se refieren a datos de la plata del motor especifico, y deben quedar asi.

El MOT07 no debe ser determinado cada vez, yo lo he determinado a traves de los diagramas de la Cantoni, que nos dan el MOT07 en funcion del cargo de la maquina electrica.

Creo que ahora tu tengas todos los elementos necesarios, como siempre informame si algo no esta claro.

Un saludo

Roberto

Gustavo Marturet <[email protected]> para [email protected] fecha 7 de abril de 2008 17:44

asunto Re: R: I: I: R: IUTEB Ciudad Bolivar Venezuela. Calculos con formulas ANSALDO



Hola. Para seguir elaborando la investigacion sobre el banco de turbinas necesito los nuevos valores del cos fi para los ensayos con la turbina Pelton. Sigo en espera de los valores de cos fi para los 2 nuevos ensayos de la Turbina Pelton tal y como envie em mi penultimo email.. Como siempre agradecido por tu gentileza D.Belardinelli - STEM-ISI Engineering <[email protected]> responder a [email protected]


fecha 16 de septiembre de 2008 06:14

asunto R: IUTEB Ciudad Bolivar Venezuela -Pruebas turbina Pelton de H81


Estimado Gustavo,

141

He averiguado el contenido de tu E-Mail: segun lo que me dices, resulta que la velocidad de roteacion del motor es muy diferente de la velocidad nominal (por ejemplo 1070 rpm en lugar de 3000 rpm por lo que concierne la turbina Francis; 1300 rpm en lugar de 1500 rpm para la turbina Pelton).

Debido que todos los datos visualizados en el pequeno teclado no han sido relevados directamente, sino han sido calculados por un algoritmo que basea sus calculos sobre los datos de la plata insertados en el inverter, si estamos muy lejos de la manera de funcionamiento nominal del motor, pueden encontrarse errores en las mediciones, y seguramente el valor de rendimiento y de Cosfi decae considerablemente como ilustrado en la documentacion Cantoni enviada desde hace tiempo.

Consecuentemente, te pido de actuar como sigue:

- Controlen que los datos del motor que han sido insertados en en inverter sean correctos

- Controlen por medio de un taquimetro manual que la velocidad reportada a traves del teclado corresponda a aquella relevada por medio del taquimetro

- Hagan algunas pruebas en condiciones de funcionamiento nominal de la maquina (3000 rpm Francis, 1500 rpm Pelton).

Espero tus comentarios.

Un saludo

Roberto Devincenzi


Da: Gustavo Marturet [mailto:[email protected]] Inviato: giovedì 11 settembre 2008 19.38 A: [email protected] Oggetto: IUTEB Ciudad Bolivar Venezuela -Pruebas turbina Pelton de H81

Estimada Daniela. Mucho agradeceria hacer llegar al Sr, Roberto Devincenzi los archivos adjuntos. Aprovecho tambien para transmitirle algunas inquietudes tecnicas sobre los valores para MOT 07, que permitan finalmente elaborar las graficas Altura vs. Caudal, Potencia vs. caudal y Eficiencia vs. Caudal, fin para el cual esta disenado el banco H81. 1.- En la hoja de calculo Test H81Francis Graficas, del archivo adjunto, los valores de MOT 07 son:0,15; 0,25 ;0,55; 0,65; 0,77 y 0,88 senalados en la columna E. Me es imposible de manera independiente determinar tales valores haciendo uso del archivo Rendiemiento[1] en el que aparecen los valores del cos fi de los motores de la firma CANTONI. Razon por la cual me veo obligado a darlos como ciertos sin que para otras pruebas en regimenes diferentes de carga de las turbinas pueda determinar con certeza tales valores del cos fi para cosntruir con confianza las curvas carateristicas de las turbinas.



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2.- Haciendo un ensayo con la turbina Pelton para construir las curvas caracteristicas Altura vs. Caudal, Potencia vs. caudal y Eficiencia vs. Caudal, tome para los valores de MOT 07 los que corresponden (aproximadamente) para Pn= 0,75 puesto que el motor es de 7,5 KW en la tabla referida como Il fatore di potenza. En consecuencia se obtuvieron los valores 0,39; 0,40;0,44; 0,56; 0,58; 0,72 y 0,74 senalados en la columna I de la hoja de calculo Test H81 Pelton Graficas, del archivo anexo. De alli que obtengo valores de eficiencia electrica mayores que 1, por lo que las graficas de las curvas caracteristicas de la turbina Pelton no son correctas. Con este ejemplo deseo reforzar mi completa ignorancia sobre la obtencion de el cos fi conforme a la informacion del fabricante CANTONI suministrada por uds hasta ahora. Esta ignorancia me hace depender de uds cada vez que necesite realizar practicas guiadas con el H81. Y perjudica enormente el proceso educativo de ensenanza-aprendizaje con el banco H81. Redunda tambien en procesos de investigacion que a bien podriamos realizar y para lo cual estamos impedidos en los actuales momentos con tan enorme duda y dependencia practica. Se que ha sido paciente enormemente con mis dudas y solo gracias a tu asesoria tecnica puedo decirte que de los equipos instalados por tu firma Stem Isi Impianti en Venezuela, solo el del Estado Bolivar ha llegado mas lejos en su uso educativo e investigativo. Compromiso que deseamos seguir cumpliendo A ti gracias, muchas gracias. A la espera de Ustedes. Gustavo Marturet. IUTEB Bolivar.

2008 4:33, D.Belardinelli - STEM-ISI Engineering <[email protected]> escribió:

Estimado Sr. Marturet,

En relacion a sus ultimos mensajes, le ruego notar lo siguiente:

He consultado al Sr. Roberto Devincenzi (que sigue siendo muy empenado en viajes/instalaciones) , el cual siempre con mucho gusto le ha contestado, para lo que estaba en su poder y conocimiento, sobre las varias dudas que tuvo en relacion al funcionamiento del H81.

El Sr Devincenzi acaba de decirme que lamentablemente todo el suporte tecnico en remoto que podiamos darle ya ha sido enviado: no tenemos las informaciones que querrian recibir y ni tampoco podremos recibirle de Ansaldo (aunque se les hemos pedidas), pues son elementos y calculos particulares, de propiedad de esta fabrica. Si tendremos algunas novedades se las comunicaremos sin falta.

Pensamos todavia que las informaciones y los graficos que les hemos enviado deberian ser suficientes para efectuar experiencias y calculos utiles para un entrenamiento completo.

De todas formas, si retiene que un intervento tecnico "on-site" , podria ser util para mejorar el funcionamiento de la unidad, le informamos que probablemente en el mes de Mayo tenemos en programa un viaje a Venezuela para algunas instalaciones, asi que podremos programar una visita a su Universidad.

En caso fuera interesado, le enviaremos una cotizacion en este sentido, que incluira todos los gastos de nuestros tecnicos (incluido viaje y alojamiento).

Le agradecemos de antemanos por una contestacion mas rapida posible.


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Un cordial saludo

A. Bonezzi

Responsable Depto. Comercial

STEM-ISI Engineering S.r.l.

Via G.B. Gallesi, 64/12

16163 Genova - Italy

Tel.: ++39-010-4217616

Fax: ++39-010-4217617

Gustavo Marturet <[email protected]> para [email protected] fecha 16 de septiembre de 2008 08:33

asunto Re: R: IUTEB Ciudad Bolivar Venezuela -Pruebas turbina Pelton de H81



Gracias por tu asesoria, que en estos casos siempre nos es necesaria. 1.-En efecto tales ensayos ya fueron realizados. En el pasado con el fin de diagnosticar el desacoplamiento del conjunto Turbina Pelton- Motor Cantoni en marcha, se hicieron mediciones de vibraciones en la maquina para lo cual fue necesario medir con luz estroboscopica las rpm . Como resultado de estas mediciones, se comprobo que las indicadas en el tablero coincidian con las indicadas con el medidor estroboscopico de rpm del medidor de vibraciones. 2.-Te informo que nunca me ha sido posible alcanzar las velocidades nominales de las turbinas Pelton y Francis. Modificando tanto los caudales a traves de las bombas, del freno electrico y las presiones no he podido alcanzarlas tal como en el pasado me recomendaste. 3.- Para realizar estos ensayos se chequearon los datos insertados en el inverter y coinciden con los cargados en su momento por uds y el Sr Gaetano Daloia. 4. Solo he podido alcanzar las rpm nominales cuando desactivo el freno electrico, con ello el inverter queda tambien desactivado y no puedo realizar mediciones en el tablero. De mas esta decir que es de mi conocimiento que las turbinas en esta condicion pueden desbocarse. Agradeceria tomaras en consideracion estos comentarios a fin de seguir investigando sobre el asunto. Espero seguir contando con tu asesoria a la que a cambio tendras mi total disposicion para la solucion del problema. Un abrazo..

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ANEXO E

Rendimiento motor asíncrono CANTONI

145

146

147

148

149

ANEXO F

Curvas características y datos del Banco

H81 según ensayos del fabricante

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151

152

153

154

ANEXO G

_________________________________

Actas de Entrega del Banco H81 del IUTEB

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

ANEXO H

_________________________________

Informes del Banco H81 del IUTEB

172

173

174

175

Documents

Pruebas operacionales del banco de ensayos H81 para turbinas Pelton y Francis del IUTEB