Tesis y Trabajos de Investigación PUCP
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Ítem Texto completo enlazado Metodología para la obtención de la configuración de mínimas pérdidas tobera-inyector de una turbina Pelton para 33 l/s mediante simulación CFD(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-04-07) Calero Anaya, Sebastián; Assureira Espinoza, Estela de la GraciaEn el presente trabajo se desarrolla una metodología para determinar a la configuración de mínimas pérdidas entre 3 combinaciones distintas de ángulos tobera-aguja de una turbina Pelton: 110°-70°, 100°-70° y 110°-80°. Para ello, se simularon los 3 casos para un caudal de 33 l/s y un salto neto de 15 m en el paquete CFD Ansys Fluent. Se identificaron y modelaron las geometrías para cada caso, las cuales fueron subdivididas en mallas de elementos finitos más pequeños. El software resolvió las principales ecuaciones gobernantes de Mecánica de Fluidos (continuidad, cantidad de movimiento, turbulencia, entre otras) en cada elemento finito para poder determinar las pérdidas correspondientes a cada caso. Se encontró que la configuración de mínimas pérdidas es la de 110°-70° con unas pérdidas del 4.49% respecto de la presión total de entrada. Se contrastaron los resultados del presente estudio con los obtenidos por distintas fuentes. Finalmente, dado que se obtuvieron resultados similares a las fuentes, se valida la metodología. Se hubiera podido obtener resultados más similares y precisos de haber contado con mayores recursos computacionales.Ítem Texto completo enlazado Diseño de 4 grupos hidroenergéticos para el rango de potencia de 5 a 500 kW con turbinas Michell Banki(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-06-30) Gamez Pulido, Sergio Angel; Assureira Espinoza, Estela de la GraciaEl Plan Nacional de Electrificación Rural del Perú del MEM reconoce la necesidad de incrementar el abastecimiento energético en zonas rurales del país para mejorar la calidad de vida mediante el aprovechamiento de recursos hídricos locales aplicando soluciones sencillas, de bajo costo y con participación local. Esta situación motivó el desarrollado del presente trabajo el cual consiste en el diseño de cuatro grupos hidroenergéticos con turbinas Michell-Banki que cubran entre 5 a 500 kW de potencia, rango típico operación de minicentrales hidroeléctricas. En el diseño de los grupos hidroenergéticos, unidades conformadas por turbina, sistema de transmisión y generador, la elección de las turbinas ha considerado su bajo costo, fácil construcción y operación y rendimiento estable a cargas parciales. Con la finalidad de lograr que 4 grupos cubran el rango de potencia objetivo se ha aplicado el concepto de estandarización, que se basa en diseñar una turbina para un valor de salto y caudal determinado la cual pueda cubrir un conjunto de saltos y caudales diferentes al del diseño, con una eficiencia de al menos 79%. Las consideraciones para determinar los diámetros estandarizados de los rotores fueron la relación entre salto y rpm, el rango de la velocidad específica para turbinas y el fenómeno de cavitación. Se terminaron 24 diámetros iniciales, y luego de aplicar el análisis de multicriterio se definieron los 4 diámetros característicos. Procediéndose luego a completar el diseño hidráulico del rotor, inyector, álabes y eje. Seguidamente se realizó para cada una de las turbinas el diseño mecánico. Finalmente se definieron las combinaciones de salto y caudal de cada modelo, presentándose el resultado en forma gráfica, lo que facilitará la elección del modelo de grupo hidroenergético en base al salto neto y caudal del recurso.Ítem Texto completo enlazado Diseño de una turbina propeller utilizando plásticos reciclados reforzados con madera recuperada(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2012-02-21) Portocarrero Aguilar, Carlos Enrique; Acosta Sullcahuaman, Julio Arnaldo; Hadzich Marín, MiguelEl tema del calentamiento global es un gran debate entre políticos, científicos, la industria y la sociedad en general. Se discute desde su existencia hasta su severidad, sus potenciales causas, así como sus efectos en los sistemas globales tales como el clima, la ecología y particularmente en la vida de las personas. En este contexto, es indiscutible que las emisiones de dióxido de carbono y otras que intensifican el efecto invernadero han aumentado dramáticamente, a la par de nuestro consumo energético. Para revertir esta situación, por un lado, es impostergable el desarrollo de tecnologías que permitan aprovechar fuentes de energía renovable como la fluvial o la marítima que, por cierto, son abundantes en el Perú y, por otro, la utilización de materiales reciclados se hace cada vez más exigente para contribuir con el cuidado del medio ambiente. Una aplicación que sintetiza ambas soluciones, es la fabricación de rodetes de turbinas con materiales reciclados de bajo peso para garantizar el aprovechamiento eficiente de la energía de los ríos y mares. El objetivo de este trabajo es el diseño de una turbina de corriente libre tipo propeller utilizando plásticos reciclados reforzados con madera recuperada. El diseño de la turbina propeller realizado en el presente trabajo comprende las siguientes etapas: En primer lugar, se identificaron los parámetros necesarios para el diseño. Luego de un análisis energético, se procedió a realizar el dimensionamiento inicial del rotor de la turbina y mediante un análisis mecánico se determina el diseño final de la geometría y los materiales de los álabes. A continuación se diseñan los demás componentes y accesorios de la turbina. Por último, se realizan los planos y costos de fabricación. Se ha diseñado una turbina tipo propeller de eje inclinado a 30° con el plano horizontal, 2m de diámetro y tres álabes con perfil NACA 4412 en su sección transversal; capaz de desarrollar una potencia máxima en el eje de 1,1 kW. Para el diseño de los álabes se ha considerado que éstos serán fabricados en dos etapas: inicialmente el núcleo de los álabes se obtendrá por moldeo de un material compuesto de matriz de polipropileno reciclado reforzado con partículas de madera capirona recuperada y, finalmente, recubiertas con dos capas de material compuesto de fibra de vidrio y resina poliéster; reduciendo considerablemente los costos y tiempos de fabricación en comparación a los álabes fabricados en su totalidad con este último material compuesto.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un grupo hidroeléctrico de 8 a 20 Kw(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2011-11-21) Capanni Orams, Renzo Tomás Eduardo RodolfoEn el Perú el 24% de la población nacional carece de acceso al servicio eléctrico; esto significa que alrededor de 6.5 millones de peruanos permanecen al margen del desarrollo y la modernidad. En el sector rural la situación es más grave pues solamente un 32% posee suministro eléctrico. La electrificación rural en el país se viene desarrollando, en base a los Pequeños Sistemas Eléctricos; a la extensión de las Líneas de Transmisión y Subestaciones asociadas a la construcción de Pequeñas Centrales Hidroeléctricas. Se presenta el diseño de un grupo hidráulico utilizando una turbina Michell Banki de 8 a 20 kW de potencia para ser instalado en diversas localidades de la zona rural del país. El trabajo ha abarcado el diseño de un grupo de generación para el rango de potencias establecido incluyendo el diseño de la turbina, el sistema de transmisión para la transformación de energía mecánica a eléctrica, la selección del generador eléctrico y los instrumentos de control, además de la confección de la carta de trabajo de la turbina y los manuales de uso, instalación y mantenimiento. El grupo se encuentra diseñado para operar a 1800 revoluciones por minuto, con un caudal de diseño de 85.8 l/s y un salto neto necesario de 45.9 metros. El rotor esta compuesto por 24 álabes con un diámetro exterior de 149 milímetros y un ancho de 160 milímetros. Para regulación del caudal de entrada y con ello de la potencia de salida cuenta con un álabe directriz ubicado en el inyector de la turbina y regulable a través de una manivela exterior. La turbina estará conectada a un motor asíncrono trifásico de 4 polos operando como generador. Se podría hacer un paralelo entre este equipo y un grupo electrógeno. Mientras que en la parte técnica no se observará gran diferencia si la habrá en la parte económica, pues si bien el grupo hidroenergético presenta una inversión inicial mucho mayor que la del grupo electrógeno, prácticamente no tiene costo de operación. Por lo que para proyectos a largo plazo se presenta como una excelente opción. El costo del proyecto esta alrededor de los US$ 42 000 sin incluir el impuesto general a las ventas. El equipo en cuestión será capaz de trabajar en una amplia zona de trabajo. Pudiendo operar en múltiples combinaciones de salto y caudal que cumplan con la relación que se muestra en el desarrollo del trabajo. Con esto se logra un equipo con una alta flexibilidad de utilización. Con ello es posible tener una producción en masa de este equipo y destinarlo a ser utilizado en la electrificación de pequeños poblados en zonas alejadas del país que se ajusten a los requerimientos de caudal y salto neto del equipo. Con esto se logra también un equipo estandarizado y con ello bajar costos de reparación y de repuestos, además de tener técnicos especializados en el equipo.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un banco de pruebas para turbinas Michel Banki para el laboratorio de Energía de la Pontificia Universidad Católica del Perú(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2011-06-13) Egúsquiza Goñi, Julio César; Sánchez Camones, Julio CésarCon el presente proyecto, se presenta una propuesta económica y versátil de un banco de ensayo dotado de una turbina Michell Banki que simula el funcionamiento de una pequeña central hidroeléctrica y permite disponer de una herramienta para capacitar e incentivar a estudiantes, profesionalesy compañías en el desarrollo de esta clase de proyectos que se puedan generaren el interior del país. La tesis desarrollada abarca el diseño de un sistema que muestra el funcionamiento de una turbina Michell Banki, aprovechando la operación de una bomba centrífuga para simular el salto hidráulico. El trabajo comprende; el diseño de todos los componentes de la turbina, el diseño del sistema de transformación de energía mecánica a eléctrica; la selección de los instrumentos y dispositivos para el control y el registro de las variables y los protocolos de ensayo así como los procedimientos de evaluación. El banco de pruebas que se propone permitirá: visualizar el proceso de transformación de energía, determinar las zonas de aplicación de la turbina hidráulica, determinar las curvas de funcionamiento y evaluar el comportamiento de la turbina. Las características nominales de la turbina son las siguientes: 5kW de potencia eléctrica, velocidad de rotación de 1800rpm, 68% de eficiencia, velocidad especifica de la turbina de Ns de 83 y abarca un salto en el rango de 16.8 hasta 33m de altura de la misma forma el rango para el caudal es de 23 lIs hasta 39 l/s. Se utiliza una bomba centrífuga de 20 HP que simulará el salto hidráulico, para accionar una turbina de diámetro exterior de 11cm para un caudal de aproximadamente 38.6 l/s, considerando un volumen para el llenado del tanque como mínimo de 3 m3, de acero SA285 C y de 3mm de espesor, por medio del cual se garantiza la recirculación del agua para la realización de los diversos ensayos. La selección de un generador síncrono trifásico auto excitado sin escobillas de acople directo, el cual junto a la instalación de luminarias y resistencias debidamente instaladas, simularan la demanda de electricidad de una central hidráulica, de esta manera se tendrá un panorama real de todo el funcionamiento de esta clase de proyectos. .. En el banco de pruebas también se podrá visualizar la trayectoria del flujo de agua por el rotor de la turbina, por medio de un material transparente colocado en la carcasa del mismo, ya que el rotor se encuentra en voladizo y el disco lateral presenta un diseño accesible para este fin. La utilización de acero inoxidable para la fabricación del rotor permitirá un incremento en la calidad, visibilidad y reducido mantenimiento, para fines solo educativos.Ítem Texto completo enlazado Grupo de generación Kaplan tubular para 3.0 Kw de capacidad(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2011-05-09) Pérez Pantoja, PieroLa presente tesis trata del estudio de un tipo en particular de turbinas hidráulicas que viene a ser la turbina axial semi Kaplan tubular que consiste en un diseño especial que usa un rodete Kaplan de álabes fijos al cual se antepone un distribuidor axial, también de álabes fijos, ambos montados en una carcasa cilíndrica, prescindiendo así de la carcasa espiral. Inmediatamente al conjunto anterior se le instalará un tubo de aspiración recto o acodado según sea el caso. De este modo el flujo discurre paralelo al eje sin mayores cambios de dirección lográndose así un ahorro de espacio y también de costos civiles, de materiales y de fabricación.