Diseño y construcción de un banco de pruebas con turbina Kaplan para el laboratorio de la Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica
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Date
2025-02
Authors
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Publisher
Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica, Carrera de Ingeniería Mecánica
Abstract
The project for the design, construction and implementation of a test bench for the analysis of the efficiency of small-scale Kaplan hydraulic turbines arises from the need to take advantage of underutilized water resources in certain areas of the province. This test bench will be in the laboratory of the Civil and Mechanical Engineering faculty, allowing students to understand the operation of Kaplan turbines and their potential to generate electricity from water resources.
During the process of building the test stand, significant challenges arose such as leaks in the system and excessive friction between the torque measurement shaft and the turbine. To address these irregularities, additional stopcocks were installed. One of these stopcocks controls the flow rate at the pump outlet, allowing precise experimental adjustments. The second stopcock regulates the pressure within the circuit before the water recirculates to the tank, monitored by a glycerin manometer to measure pressures between 0.5 and 2 PSI. Medical dynamometers strategically placed at the end of the shaft provided accurate torque measurements, revealing values between 0.5 and 1.5 Nm, validating the effectiveness of the mechanical design.
After overcoming irregularities and optimizing the components, the test bench was successfully operated in function tests, meeting the established objectives by providing effective flow, pressure and torque measurements. This project represents a significant advance towards the use of renewable energies, making efficient use of local water resources for educational and engineering research purposes.
Description
El proyecto de diseño, construcción e implementación de un banco de pruebas para el análisis de eficiencia de turbinas hidráulicas Kaplan a pequeña escala surge de la necesidad de aprovechar los recursos hídricos subutilizados en ciertas zonas de la provincia. Este banco de pruebas se ubicará en el laboratorio de la facultad de Ingeniería Civil y Mecánica, permitiendo a los estudiantes comprender el funcionamiento de las turbinas Kaplan y su potencial para generar energía eléctrica a partir de recursos hídricos.
Durante el proceso de construcción del banco de pruebas, surgieron desafíos significativos como fugas en el sistema y fricciones excesivas entre el eje de medición de torque y la turbina. Para abordar estas irregularidades, se instalaron llaves de paso adicionales. Una de estas llaves controla el caudal a la salida de la bomba, permitiendo ajustes experimentales precisos. La segunda llave de paso regula la presión dentro del circuito antes de que el agua recircule al tanque, monitorizada por un manómetro de glicerina para medir presiones entre 0.5 y 2 PSI. Los dinamómetros médicos colocados estratégicamente en el extremo del eje proporcionaron mediciones precisas de torque, revelando valores entre 0.5 y 1.5 Nm, validando así la eficacia del diseño mecánico.
Tras superar las irregularidades y optimizar los componentes, el banco de pruebas fue operado satisfactoriamente en pruebas de funcionamiento, cumpliendo con los objetivos establecidos al proporcionar mediciones efectivas de caudal, presión y torque. Este proyecto representa un avance significativo hacia el uso de energías renovables, aprovechando de manera eficiente los recursos hídricos locales para fines educativos y de investigación en ingeniería.
Keywords
TURBINA KAPLAN, BANCO DE PRUEBAS, ENERGÍA MECÁNICA, HIDRÁULICA, CAVITACIÓN, IMPRESIÓN 3D