Turbina Banki

8º CONGRESO IBEROAMERICANO DE INGENIERIA MECANICA
Cusco, 23 al 25 de Octubre de 2007

METODOLOGÍA DE DISEÑO HIDRÁULICO Y MECÁNICO DE UNA TURBINA MICHELL-BANKI
Edgar Paz Pérez, Luiz R. Carrocci, Paulo Magalháes Filho, Carlos Romero Luna Departamento de Energia FEG - Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá UNESP - Universidade Estadual Paulista Dr. Ariberto Pereira da Cunha, 333 - CEP12516-410- Guaratinguetá, SP, Brasil Tel: (012) 5252800 Ramal: 1904 Fax.: (012)5252466 E-mail: edgarpape@yahoo.es, carrocci@feg.unesp.br, pfilho@ feg.unesp.br,c_romeroluna@yahoo.com

RESUMEN

Las turbinas Michell-Banki se adaptan muy bien para la generación en mini y micro centrales hidroeléctricas, son sencillas, tienen bajos costos de fabricación, de instalación y de mantenimiento, pueden serutilizadas en amplios intervalos de caudal y altura sin disminuir de manera apreciable su eficiencia. Debido a esas ventajas, la turbina Michell-Banki se ha vuelto atractiva como objeto de estudio. El presente trabajo tiene por finalidad presentar una
metodología de selección y cálculo para el diseño hidráulico y mecánico de las partes principales de una turbina Michell-Banki, así como también de losdiversos elementos de esta máquina. Para ello se parte de los principios fundamentales de las turbinas hidráulicas, estudios anteriores realizados específicamente sobre turbinas Michell-Banki, información proporcionada por fabricantes de éstas máquinas, así como también, de conocimientos de resistencia de materiales, diseño de elementos de máquinas, materiales de construcción mecánica, entre otros.GENERALIDADES La turbina Michell-Banki, también conocida como: de Flujo cruzado, Michell, Ossbeger, es clasificada como una turbina de acción, entrada radial, de admisión parcial y flujo transversal. Los rangos de operación de esta turbina son los siguientes: Altura H: 1m ≤ H ≤ 100m Caudal Q: 0,2 m3/s ≤ Q ≤ 7 m3/s Potencia P: P ≤ 1Mw Velocidad específica ns: 30 ≤ ns ≤ 180 Las caraacteristicasmas importantes de la turbina Michell-Banki son: • Tiene un amplio rango de aplicación, estando comprendida entre la turbina Pelton de doble inyector y las Francis rapidas. • Puede operar en amplios rangos de caudal y altura sin variar apreciablemente su eficiencia. • Su construcción es sencilla, pudiendo ser fabricada en pequeños talleres. • Debido a su simplicidad de construcción yfuncionamiento, para bajas caidas, es la turbina que presenta los menores costos iniciales asi como de operación y mantenimiento. • Es la turbina que mejor se adapta para ser usada en medios rurales. En la Figura 1 se presentan las principales partes de una turbina turbina Michell-Banki 1. Pieza de transición 2. Inyector 3. Rotor 4. Paleta directiz 5. Carcasa

Figura. 1. Elementos principales de una turbinaMichell-Banki

DISEÑO HIDRÁULICO Selección del diámetro del rotor Una turbina Michell-Banki opera en condiciones similares cuando el valor Q / H es constante, también se sabe que la eficiencia de estas turbinas no varia apreciablemente en amplios intervalos de valores de Q y H. utilizando estos criterios se selecciona el diámetro del rotor, de la siguiente manera: se calcula el valor: Q / H yse selecciona el diámetro del rotor usando la Tabla 1.

Tabla 1. Selección del diámetro del rotor
Q/ H

Diámetro del rotor (mm) 200 300 400 500

0,02236 - 0,04743 0,04743 - 0,07906 0,07906 - 0,11068 0,07906 – 0,15812

Fuente: INE (1986)

Diámetro interior del rotor

Di = 0,66De
Velocidad nominal de rotación

(1)

N=
Selección del número de álabes del rotor

40 H De

(2)El número de álabes puede ser seleccionado usando la Tabla 2.

Tabla 2. Selección del número de álabes del rotor Diámetro del rotor (mm) 200 300 400 500 Fuente: INE (1986) Número de álabes 22 24 26 28

Selección del espesor de los álabes del rotor Para facilitar la construcción de los álabes, algunos fabricantes utilizan tuberías comerciales de acero al carbono. Éstas son cortadas formando un...