Elaboración De Un Software Para El Cálculo Y Diseño De Turbinas

Scientia et Technica Año XII, No 30, Mayo de 2006 UTP. ISSN 0122-1701 225

Fecha de Recepción: 31 Enero de 2006

Fecha de Aceptación: 4 Abril de 2006

ELABORACIÓN DE UN SOFTWARE PARA EL CÁLCULO Y DISEÑO DE TURBINAS

PELTON QUE GENEREN ENTRE 500 kW y 1000 kW

RESUMEN

La elaboración de un software para el cálculo y diseño de turbinas Pelton que

generen entre 500 kW y 1000 kW. busca optimizar el proceso de cálculo y

diseño de una turbina Pelton, en un mínimo de tiempo, sin que el usuario tenga

que verse comprometido, tanto en la elaboración de cálculos matemáticos; como

tampoco, en la producción de planos concernientes a estas turbinas.

El trabajo muestra como resultados específicos: los planos básicos 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 matemáticos de velocidad del chorro a la salida del

inyector, Diámetro Pelton, RPM, Ns, Nq, diámetro 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 of the

turbine as the inertial wheels and the mathematical results about flow velocity to

the injector exit, Pelton diameter, RPM, Ns, Nq, flow diameter and potency.

KEYWORDS:Software, Pelton turbines.

JUAN JOSÉ ARBELÁEZ TORO

Ingeniero Mecánico

Profesor Auxiliar

Universidad Tecnológica de Pereira

juan2000@utp.edu.co

JUAN PABLO MARÍN Q.

Ingeniero Mecánico

Profesor Auxiliar

Universidad Tecnológica de Pereira

juanpmq@utp.edu.co

1. INTRODUCCIÓN

La elaboración de un software para el cálculo y diseño

de una pequeña turbina que genere entre 500 kW y 1000

kW’, busca la vinculación de la comunidad académica

como gestora de soluciones sociales hacia las

comunidades que requieren formas de suministro de

energía.

A partir de la necesidad de producir máquinas

hidráulicas, que generen energía mecánica, por parte de

personas con conocimientos básicos; es decir, interesados

en ocupaciones operativas, mas no preocupados por el

trabajo táctico de ingenieros, o labores estratégicas

desarrolladas por teóricos o creadores de ciencia, surge

el interés de crear una herramienta que facilite la

elaboración del diseño y cálculo de turbinas Pelton

Dentro del trabajo, la turbina Pelton, el generador

síncrono, el software Mechanical Desktop, el software

Excel, el lenguaje Visual Basic y el software de “diseño

de turbinas Pelton” son los conceptos alrededor de los

cuales se produce el diálogo teórico que facilita el

proceso de formalización del conocimiento para hacer

posible el diseño.

En este trabajo, con base en la selección de los

instrumentos de conocimiento -la matemática, la

geometría de una turbina Pelton, su adecuación en

Mechanical Desktop y su almacenamiento en Exc el por

medio del lenguaje de Visual Basic - se crea el software

que opera en el sentido de calcular y diseñar virtualmente

turbinas de una manera simple y versátil. Esto implica

que los resultados no han sido validados

experimentalmente.

Aquí se presenta, sin embargo, un estudio explicativo con

base en los objetivos propuestos, pues una vez analizada

e interpretada la información teórica seleccionada

referente al problema de base, se le da sentido a través de

la elaboración de un software para el diseño y cálculo de

una turbinas Pelton, que garantiza la presentación de una

propuesta tecnológica que beneficia a: la comunidad

usuaria, al sector energético comercializador y a las

empresas que construyan turbinas Pelton.

Finalmente, el trabajo ‘Elaboración de un software para

el cálculo y diseño de una pequeña turbina Pelton que

genere entre 500 kW y 1000 kW’ alcanza como

resultados específicos: los planos básicos 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 la turbina y los

resultados matemáticos de velocidad del chorro a la

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salida del inyector, Diámetro Pelton, RPM, Ns, Nq,

diámetro del chorro y potencia.

2. DISEÑO DEL SOFTWARE

Para la ‘elaboración de un software para el cálculo y

diseño de una pequeña turbina Pelton que genere entre

500 kW y 1000 kW ‘, se utilizaron para su diseño dos

elementos primordiales: (1) instrumentos matemático y

geométrico para el diseño y cálculo de una turbina Pelton

y (2) herramientas computacionales esenciales

implementadas para ‘elaboración de un software para el

cálculo y diseño de una pequeña turbina pelton que

genere entre 500 kW y 1000 kW’ -Mechanical Desktop

, Excel y Visual Basic -. El diálogo generado a partir de

estos resultados teóricos (1) y (2) permite la creación de

lo que en este trabajo se denomina software para el

cálculo y diseño de una pequeña turbina Pelton entre 500

kW hasta 1000 kW.

2.1 Aplicaciones Matemática y Geométrica para el

Cálcul o y Diseño de una Turbina Pelton

Para la elaboración del software, la teoría se aplicó 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

número específico de revoluciones (NQ), el ángulo de

talonamiento (m), el diámetro del rodete Pelton (Dp), el

diámetro del agua a la salida del inyector (d), el número

de cucharas (Z).

Hechos los cálculos descritos en el párrafo

...