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1. rodete geom tricamente distinto Estas turbinas operan en medianas grandes y peque as centrales hidroel ctricas diferenci ndolas el n mero de chorros 1 2 3 4 En este trabajo el software garantiza el dise o de peque as turbinas de 1 y 2 chorros 2 2 Implementaci n de Herramientas Computacionales Esenciales para la Elaboraci n de un Software para el C lculo y Dise o de una Peque a Turbina Pelton que genere entre 500 y 1000 kW En el mundo moderno las herramientas computacionales hacen que el hombre opere m s precisamente gracias a los software de misi n cr tica tales como los utilizados para servidores comunicaciones cajeros autom ticos etc y software de misi n no cr tica campo que abarca este trabajo de grado tales como los paquetes de dise o administraci n aplicaciones web lenguajes de programaci n etc Como consecuencia de lo anterior en este trabajo se utilizan tres paquetes o software de misi n no cr tica ellos son Mechanical Desktop Excel y Visual Basic Los dos primeros pertenecen a los software de dise o el Visual Basic es un lenguaje de programaci n dirigida a objetos y pertenece a los lenguajes de alto nivel 2 2 1 Mechanical Desktop Mechanical Desktop se utiliza para la construcci n de todas las piezas de la turbina Pelton concernientes al inyector las cucharas el eje y el rodete Esto se hace gracias a su versatilidad para desarrollar planos en 2 y 3 dimensiones por2. el proceso de formalizaci n del conocimiento para hacer posible el dise o Fecha de Recepci n 31 Enero de 2006 Fecha de Aceptaci n 4 Abril de 2006 En este trabajo con base en la selecci n de los instrumentos de conocimiento la matem tica la geometr a de una turbina Pelton su adecuaci n en Mechanical Desktop y su almacenamiento en Excel por medio del lenguaje de Visual Basic se crea el software que opera en el sentido de calcular y dise ar virtualmente turbinas de una manera simple y vers til Esto implica que los resultados no han sido validados experimentalmente Aqu se presenta sin embargo un estudio explicativo con base en los objetivos propuestos pues una vez analizada e interpretada la informaci n te rica seleccionada referente al problema de base se le da sentido a trav s de la elaboraci n de un software para el dise o y c lculo de una turbinas Pelton que garantiza la presentaci n de una propuesta tecnol gica que beneficia a la comunidad usuaria al sector energ tico comercializador y a las empresas que construyan turbinas Pelton Finalmente el trabajo Elaboraci n de un software para el c lculo y dise o de una peque a turbina Pelton que genere entre 500 kW y 1000 kW alcanza como resultados espec ficos los planos b sicos de todas las piezas del inyector los planos de la cuchara y sus perfiles transversales los planos del rodete los planos del eje del volante y los planos del eje de
3. of the turbine as the inertial wheels and the mathematical results about flow velocity to JUAN JOS ARBEL EZ TORO Ingeniero Mec nico Profesor Auxiliar Universidad Tecnol gica de Pereira juan20000O utp edu co JUAN PABLO MAR N Q Ingeniero Mec nico Profesor Auxiliar Universidad Tecnol gica de Pereira juanpmq Outp edu co the injector exit Pelton diameter RPM Ns Nq flow diameter and potency KEYWORDS Software Pelton turbines 1 INTRODUCCI N La elaboraci n de un software para el c lculo y dise o de una peque a turbina que genere entre 500 kW y 1000 kW busca la vinculaci n de la comunidad acad mica como gestora de soluciones sociales hacia las comunidades que requieren formas de suministro de energ a A partir de la necesidad de producir m quinas hidr ulicas que generen energ a mec nica por parte de personas con conocimientos b sicos es decir interesados en ocupaciones operativas mas no preocupados por el trabajo t ctico de ingenieros O labores estrat gicas desarrolladas por te ricos o creadores de ciencia surge el inter s de crear una herramienta que facilite la elaboraci n del dise o y c lculo de turbinas Pelton Dentro del trabajo la turbina Pelton el generador s ncrono el software Mechanical Desktop el software Excel el lenguaje Visual Basic y el software de dise o de turbinas Pelton son los conceptos alrededor de los cuales se produce el di logo te rico que facilita
4. Scientia et Technica A o XII No 30 Mayo de 2006 UTP ISSN 0122 1701 220 ELABORACI N DE UN SOFTWARE PARA EL C LCULO Y DISE O DE TURBINAS PELTON QUE GENEREN ENTRE 500 kW y 1000 kW RESUMEN La elaboraci n de un software para el c lculo y dise o de turbinas Pelton que generen entre 500 kW y 1000 kW busca optimizar el proceso de c lculo y dise o de una turbina Pelton en un m nimo de tiempo sin que el usuario tenga que verse comprometido tanto en la elaboraci n de c lculos matem ticos como tampoco en la producci n de planos concernientes a estas turbinas El trabajo muestra como resultados espec ficos los planos b sicos de todas las piezas del inyector los planos de la cuchara y sus perfiles transversales los planos del rodete planos del volante planos del eje tanto de la turbina como del volante y los resultados matem ticos de velocidad del chorro a la salida del inyector Di metro Pelton RPM Ns Nq di metro del chorro potencia PALABRAS CLAVES Software turbinas Pelton ABSTRACT Software s implementation to calculate and design Pelton turbines that generate between 500 kW and 1000 kW search optimization calculating and designing Pelton turbine in minimum time without no user compromise with mathematical calculation neither on turbine s drafts This work shows specific results the basic drafts for all injector pieces bucket drafts and its transverse profiles rotor inertial wheels axle drafts such
5. cos Turbina Datos T cnicos Turbina Po EV Potencia De La Turbina RPH Turbina Pelton Yel Esp Turbina Pelton Hs Yel Esp Turbina Felton Ng Di metro Pelton Dp Welocidad Del Agua Di metro De La Boquilla N mero De Inyectores Dp d Calcular Numero De Cucharas ogona ngulo De T alonamiento 00000 Grados Cancelar Finalizar Figura 2 Datos t cnicos turbina al Inyector Generar Di metro V stago Aguja Dv 0 58 0 7 f TramoRecto1 f Codo f Tapa Deflector Di metro Cabeza Aguja DA 1 42 1 62 J TramoRecto2 f Cojinete Aguja Angulo Salida Inyector 41 40 0 60 0 Angulo Punta Aguja 40 60 0 90 0 Largo Cabeza Aguja LB 3 25 3 56 Largo Tramo Recto Inyector L 6 0 12 1 Di metro Tramo Recto Inyector D1 25 40 Di metro Salida Inyector DT 11 14 Distancia Entre Aguja e Inyector X 05 116 Radio Codo AI 15 0 25 0 Radio Circulo Tangente R2 25 28 Di metro Entrada Codo D2 l 45 46 Guardar Cancelar Figura 3 Formulario inyector pelton 228 Scientia et Technica A o XII No 30 Mayo de 2006 UTP al Cuchara NOTA Los Valores Seleccionados Ser n Posteriormente Multiplicados Por El Di metro Del Chorro Largo Total De La Cuchar 4111 31 26 35 Radio C rculo Cuchara DD 11 0 94 1 3 Largo Arista C
6. el c lculo y dise o de peque as turbinas Pelton que generen entre 500 kW y 1000 kW optimiza el tiempo sistematiza los c lculos matem ticos y geom tricos para la construcci n virtual de la turbina Para el dise o de la turbina se requiere definir el n mero de revoluciones con que va a girar el cual est relacionado con el di metro del rodete llamado di metro de paso Esta velocidad de giro en este trabajo se obtiene buscando siempre una de las velocidades s ncronas de los generadores ya que la turbina va en acople directo con el generador Para la elaboraci n de un software para el c lculo y dise o de turbinas Pelton que generen entre 500 kW y 1000 kW es necesario que los usuarios del software posean conocimientos b sicos sobre m quinas hidr ulicas calculen la altura neta de acuerdo con el dise o de su peque a central el ctrica conozcan b sicamente el Mechanical Desktop 4 BIBLIOGRAF A 1 CAICEDO C Jorge A Dise o de elementos de m quinas teor a y pr ctica Tomo II primera edici n 1916 paginas Universidad del Valle Santiago de Cali 1985 2 CA ON S Guillermo et al Mechanical I sktop Power Pack primera edici n 193 paginas Los autores Medell n 2000 3 CORNELL Gary Manual de Visual Basic sexta edici n 835 paginas Mc Graw Hill Madrid 1997 4 ECUADOR Organizaci n latinoamericana de energ a OLADE Apuntes para un manual t cnico de dise o estandarizaci n y fabr
7. icaci n de equipos para peque as centrales hidroel ctricas Turbinas Pelton primera edici n 70 paginas OLADE Quito 1994 229 5 NECHLEBA Miroslav Turbinas hidr ulicas cuarta edici n 800 paginas Artia prague Czechoslovakia 1957
8. inyector d el n mero de cucharas Z Hechos bs c lculos descritos en el p rrafo anterior se procede a la construcci n geom trica de la turbina empezando por el inyector Las cotas del inyector est n en funci n de un rango por el di metro de salida del agua en el inyector d Seguidamente a este desarrollo geom trico se procede a la elaboraci n geom trica de la cuchara cuyas cotas son el resultado del producto del di metro de salida del chorro en el inyector y unos rangos establecidos por las casas constructoras Para la culminaci n total de los planos de la cuchara se ejecuta un proceso geom trico llamado la cata c ustica de reflexi n consigui ndose as los planos transversales de la cuchara Una vez construidos el inyector y las cucharas se elabora el rodete por medio del di metro del todete Pelton Dp el n mero de cucharas Z y la geometr a de las cucharas calculadas en el paso anterior Finalmente se dise a el eje y se calculan unas fuerzas que servir n en el proceso de implementaci n de las turbinas si el prop sito es hacer una construcci n real Scientia et Technica A o XII No 30 Mayo de 2006 UTP As se viabiliza la construcci n virtual de la turbina Pelton sta se caracteriza por ser una m quina motora capaz de convertir la energ a cin tica del agua en energ a mec nica La turbina Pelton es una turbina de acci n que se diferencia de las Turgos y las Schwamkrug por tener un
9. la turbina y los resultados matem ticos de velocidad del chorro a la 226 salida del inyector Di metro Pelton RPM Ns Nq di metro del chorro y potencia 2 DISE O DEL SOFTWARE Para la elaboraci n de un software para el c lculo y dise o de una peque a turbina Pelton que genere entre 500 kW y 1000 kW lt se utilizaron para su dise o dos elementos primordiales 1 instrumentos matem tico y geom trico para el dise o y c lculo de una turbina Pelton y 2 herramientas computacionales esenciales implementadas para elaboraci n de un software para el c lculo y dise o de una peque a turbina pelton que genere entre 500 kW y 1000 kW Mechanical Desktop Excel y Visual Basic El di logo generado a partir de estos resultados te ricos 1 y 2 permite la creaci n de lo que en este trabajo se denomina software para el c lculo y dise o de una peque a turbina Pelton entre 500 kW hasta 1000 kW 2 1 Aplicaciones Matem tica y Geom trica para el C lculo y Dise o de una Turbina Pelton Para la elaboraci n del software la teor a se aplic de la siguiente manera conociendo la altura neta Hn y el caudal Q se procede a calcular la potencia neta de la turbina con estos datos se calculan los valores de la velocidad del agua a la salida del inyector C1 el n mero espec fico de revoluciones No el ngulo de talonamiento u el di metro del rodete Pelton Dp el di metro del agua a la salida del
10. medio del dise o param trico El dise o param trico se caracteriza por ser una geometr a dependiente de unas variables para el caso de este trabajo Al modificar los valores de las variables para este trabajo los valores de las variables cambian seg n la altura neta y caudal la geonetr a se actualiza de acuerdo con los nuevos valores Es sta una de las razones por las cuales Mechanical Desktop es utilizado para el desarrollo de este trabajo 2 2 2 Excel Excel en la elaboraci n de este informe hace parte del grupo de programas a utilizar en este trabajo Este programa permite en sus hojas de c lculo guardar Scientia et Technica A o XII No 30 Mayo de 2006 UTP informaci n que usar Mechanical Desktop para alimentar sus variables 2 2 3 Visual Basic Visual Basic es un lenguaje de alto nivel que utiliza la programaci n dirigida a objetos Esta herramienta elabora los desarrollos matem ticos los almacena en Excel y posteriormente alimenta a Mechanical Desktop para que transforme los planos de acuerdo con las entradas que ha dado el usuario Visual Basic opera por medio de Activex Automation Esto le permite a Visual Basic comunicarse con otros programas Para el caso espec fico del presente trabajo Excel y Mechanical Desktop interact an con Visual Basic para que aqu llos desempe en las funciones de almacenar los valores de las variables y actualizar las geometr as de acuerdo con estos valores Vis
11. ual Basic entonces permite al usuario trabajar por medio de eventos esto esencialmente diferencia a un lenguaje Visual de los dem s lenguajes pues responde a lo que el usuario desea hacer enmarcado dentro de unas condiciones de desempe o en otras palabras no es una caja cerrada donde s lo entran datos y salen unos resultados 2 3 Software para el C lculo y Dise o de una Peque a Turbina que Genere entre 500 kW Y 1000 kW El trabajo es un producto complejo que resulta de la implementaci n de herramientas multidisciplinarias A n m s los resultados se enmarcan entre los software de misi n no cr tica mas espec ficamente en los software de dise o En esta herramienta software para el c lculo y dise o de una peque a turbina Pelton que genere entre 500 kW y 1000 kW el usuario introduce los datos de altura neta Hn y caudal Q en una caja de di logo de Visual Basic Visual Basic ejecuta todas las ecuaciones matem ticas para definir los valores requeridos por Mechanical Desktop con el fin de dibujar las partes de la turbina Pelton inyector aguja rodete cucharas ejes chavetas volante perfiles transversales de las cucharas El software est hecho en el lenguaje Visual Basic el cual se comunica con el usuario por medio de unas cajas de di logos llamadas Formularios los cuales se muestran en las figuras 1 2 3 y 4 221 a piajn De ipusm mal Figura 1 Datos t cnicos microcentral si Datos T cni
12. uchara F11 2 1 1 75 25 Largo De La Escotadura M1 1 03 ea Largo C rculo Transversal ED h 0 85 1 3 Guardar Cancelar Figura 4 Formulario cuchara pelton Los resultados generados por el software para el dise o y c lculo de peque as turbinas Pelton que generan entre 500 kW y 1000 kW se recrean visualmente a manera de ejemplo en las figuras 1 2 3 4 y 5 N N AN RR YY a S SS all S N N A SS IP ON ROO Y N gt 7 r e o as N o 158 S Ss SECTION B B 5 A7 Figura 4 Corte longitudinal rodete 297 26 visto lateral Figura 2 Plano cuchara pelton Figura 5 Perfil transversal de la cuchara Scientia et Technica A o XII No 30 Mayo de 2006 UTP 3 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES En este trabajo se ha elaborado una herramienta que soporta el dise o y c lculo de peque as turbinas Pelton que generan entre 500 kW y 1000 kW Lo anterior orientado a satisfacer la necesidad del desarrollo virtual de la turbina tipo Pelton Lo obtenido en el dise o virtual de la turbina Pelton son planos generales del inyector el rodete el eje del rodete eje del volante el volante las cuchara y sus respectivos perfiles El software opera en unos l mites estipulados por la Organizaci n Latinoamericana de Energia OLADE gracias a un estudio de recursos hidroenerg ticos y demandas el ctricas probables El software para
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