Diseño y construcción de una turbina tesla para un banco de pruebas de comprobación de eficiencia en la Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica
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Date
2017
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Publisher
Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica. Carrera de Ingeniería Mecánica
Abstract
The present project starts from the need to continue developing different sources of renewable energy generation. For the development of the construction and design of the Tesla turbine was based on the quantitative analysis of the flow rate and angular velocity in the transmission axis to determine the dimensioning of its mechanical elements having as main source of research in scientific articles related to the Area of renewable energy, turbine construction, fluid mechanics and mechanical design. The execution of the prototype assembly was carried out in the first instance with the stator casting in nodular iron using the machining operations on lathe and grinding, in the following instance the cold cutting CNC of the disks in stainless steel AISI 304 was made creating the external diameter of the impeller, then drilled the fluid exhaust holes, similarly proceeded to the construction of the side covers, cutting the PMMA sheet in the CNC machine to later center the holes in the lathe so that in it rests the parts of the turbine, also used the lathe for the manufacture of the shaft in stainless steel AISI 304 and the bearings in aluminum, in addition installed a digital control system programmed in arduino, sensed by a flow meter of hall effect To view the amount of water entering the turbine. For the installation of the hydraulic circuit was used 1 in, ½ in, ¼ in, ¾ in pipes with their respective accessories simulating fluid movement with a 3/4 HP motor pump with negative suction type. In order to finish it was carried out the respective tests of operation that allowed the correction of dimensions and some mechanical elements, also was verified the number of revolutions, the inflow rate to the turbine Tesla to obtain its efficiency and the curves of behavior in which they intervene besides the pressure and voltage. The mechanical efficiency is indicated with a value of 14% with a speed of 215 rpm and a flow rate of 18.5 l / min, obtaining a voltage of 3 V in direct current.
Description
El presente proyecto parte de la necesidad de seguir desarrollando diferentes fuentes de generación de energía renovable. Para el desarrollo de la construcción y el diseño de la turbina Tesla, se partió del análisis cuantitativo del caudal y velocidad angular del eje de transmisión para determinar el dimensionamiento de sus elementos mecánicos teniendo como principal fuente de investigación artículos científicos relacionados al área de energías renovables, construcción de turbinas, mecánica de fluidos y el diseño mecánico. La ejecución del ensamblaje del prototipo se realizó en primera instancia con la fundición del estator en hierro nodular, utilizando las operaciones de mecanizado en torno y rectificadora, en una siguiente instancia se realizó el corte en frío CNC de los discos en acero inoxidable AISI 304 creando el diámetro externo del impulsor, luego se procedió a taladrar los agujeros de escape de fluido, de modo similar se procedió a la construcción de las tapas laterales, cortando la lámina de PMMA en la máquina de CNC para posteriormente centrar las perforaciones en el torno para que en ella reposen las partes de la turbina, así mismo se utilizó el torno para la fabricación del eje en acero inoxidable AISI 304 y las chumaceras en aluminio, además se instaló un sistema de control digital programado en arduino, sensados por un caudalímetro de efecto hall para visualizar la cantidad de agua que ingresa a la turbina. Para la instalación del circuito hidráulico se utilizó tuberías de 1 plg, ½ plg, ¼ plg, ¾ plg con sus respectivos accesorios simulando el movimiento de fluido con una motobomba de 3/4 HP con succión de tipo negativa. Para finalizar se procedió realizar los respectivos ensayos de funcionamiento que permitieron la corrección de dimensiones y algunos elementos mecánicos, también se comprobó el número de revoluciones, el caudal de ingreso a la turbina Tesla para obtener su eficiencia y las curvas de comportamiento en las que intervienen además la presión y voltaje. La eficiencia mecánica se indica con un valor del 14% con una velocidad de 215 rpm y un caudal de 18.5 l/min, obteniendo un voltaje de 3 V en corriente continua.
Keywords
TURBINA TESLA, TURBOMÁQUINAS, MÁQUINAS HIDRÁULICAS, BALANCE DE ENERGÍA, POTENCIA