Diseño de una turbina Kaplan vertical de 1.6.MW

Abstract

El propósito de la presente tesis es diseñar los principales elementos que constituyen la turbina Kaplan vertical, tales como la cámara espiral, los álabes de la turbina a través de la selección del álabe de mejor rendimiento dentro de los perfiles NACA haciendo uso de un algoritmo en MATLAB, los álabes de la turbina, el mecanismo regulador de los álabes, el distribuidor Fink y el diseño preliminar del eje. En el capítulo I trataremos sobre la problemática nacional en electrificación rural y la elección de las pequeñas centrales Hidroeléctricas como medida para cubrir el déficit energético y una muy breve explicación de la característica de la turbina Kaplan. El capítulo II abarcará el marco teórico comenzando con la definición de turbomáquina y su posterior clasificación para luego establecer las características de la turbina Kaplan y explicar la teoría elemental de los rodetes, así como también la velocidad específica, la clasificación de las pérdidas y la selección del tipo de turbina. El capítulo III versa sobre la nomenclatura de los parámetros de una turbomáquina, luego presentaremos la ecuación de Euler para posteriormente pasar a la clasificación de las turbinas, después estableceremos el procedimiento de selección del tipo de turbina para una altura neta, y un caudal . En cada capítulo se mostrará los cálculos realizados adjuntando en el anexo los planos correspondientes al diseño. En el capítulo IV demostraremos la ley de áreas para la cámara espiral, así como los diversos tipos y secciones de la misma. Se realizará el diseño de la caja espiral considerando una perdida uniforme por unidad de longitud y tendremos en cuenta los límites de la velocidad de entrada para los posteriores cálculos. Además, utilizaremos el criterio conservador de Soderberg para el cálculo del espesor teniendo en cuenta la fatiga que sufre la cámara espiral por las diferencias constantes de altura geodésica. En el capítulo V se diseñará el Distribuidor Fink como parte de un elemento responsable de regular el caudal que ingresa a la turbina, dividiendo su clasificación en dos tipos: regulación interna y externa. Además, se determinará el perfil de los álabes del distribuidor a partir de las proporciones de Th. Bovet. Adicionalmente, se diseñará hidráulicamente el predistribuidor partiendo de las espirales logarítmicas. La finalidad de este elemento es la de transmitir a los cimientos de la central hidráulica las cargas debido al peso de los elementos fijos y móviles. El capítulo VI se realizará el diseño preliminar del eje teniendo en cuenta el torque y como parámetro principal el diámetro exterior del eje. Además, se determinará el diámetro de los pernos y la selección del rodamiento axial.