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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
Facultad de Ingeniería
E.A.P. de Ingeniería Mecatrónica.
Trabajo de investigación del proyecto hidroeléctrico
“Central unt” - 2017
ASIGNATURA
Mecánica de fluidos
DOCENTE
Ing. Juan Bengoa
AUTORES
Jara Alfaro Enrique
Jacobo Zavaleta Sergio
Julián Rodríguez Rodrigo
martes, 24 de enero de 2017
ii
Introducción
Actualmente, un Ingeniero Mecatrónico tiene que desenvolverse de buena manera en la
rama de la Mecánica. De esta forma, puede determinar el par caudal-altura relevante en
la operación de una turbina. Hay variedad de tipos de turbinas, por el cual se usa en este
informe la turbina tipo Pelton. En estos tipos de proyectos hidroeléctricos se suele calcular
las alturas netas, así como la potencia que tiene la potencia bajo ciertas condiciones ya sea
rendimiento, cantidad de caudal, etc. Para ello, en este trabajo se nos dan datos acerca de
este proyecto hidroeléctrico en el cual hacemos uso de ecuaciones para poder calcular este
tipo de valores.
iii
Resumen
El presente informe tiene como tema de estudio “la ecuación de la energía aplicada a
turbinas”. En este informe se puede apreciar datos proporcionados acerca de los niveles en
la cámara de carga, características de obras de aducción y el nivel cota media del inyector.
Para ello, se hicieron uso de fórmulas los cuales se relacionaban con la ecuación de la
energía. Para ello, se usaron fórmulas para calcular las alturas netas ya sea normal,
mínimo y máximo, así como se hicieron uso de las fórmulas para obtener el factor de
fricción, el número de Reynolds, etc. Otro de los cálculos que se obtuvieron fue de las
potencias que tenía la turbina Pelton bajo ciertas condiciones como el rendimiento que
tenía en ciertos instantes, así como el caudal que en un caso varía, etc.
Abstract
The present study has as its theme "the energy equation applied to turbines". In this
report we can see data provided on the levels in the loading chamber, characteristics of
adduction works and the average level of the injector. For this purpose, formulas were used
which were related to the energy equation. For this, formulas were used to calculate the
net heights either normal, minimum and maximum, as well as formulas were used to
obtain the friction factor, the Reynolds number, etc. Another one of the calculations that
were obtained was of the powers that had the Pelton turbine under certain conditions like
the yield that had in certain instants, as well as the flow that in a case varies, etc.
iv
1 OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL:
 Aplicación de la ecuación general de la energía en centrales hidroelecticas.
1.2 OBJETIVOS PARTICULARES:
 Establecer el manejo de los pares caudal-altura neta relevantes en la
operación de una turbina.
 Obtener las potencias de la turbina Pelton bajo distintos rendimientos de
operación.
 Calcular las perdidas generadas por friccion según los difentes tipos.
 Aplicación y obtención mediante uso de software (MatLab) del factor de
fricción.
v
ÍNDICE
Introducción.......................................................................................................................... ii
Resumen............................................................................................................................... iii
Abstract................................................................................................................................ iii
1 Objetivos .........................................................................................................................iv
1.1 Objetivo general:.....................................................................................................iv
1.2 Objetivos particulares: ...........................................................................................iv
Índice......................................................................................................................................v
2 desarrollo .........................................................................................................................6
2.1 Datos Otorgados por la Dirección del Proyecto: ....................................................6
2.2 Supuestos: ................................................................................................................6
2.3 Cálculo de altura neta disponible para turbina pelton, en 3 escenarios:............7
2.3.1 Escenario 1: Altura neta del diseño:...............................................................7
2.3.2 Escenario 2: Altura neta máxima: ................................................................10
2.3.3 Escenario 3: Altura neta mínima:.................................................................12
2.4 Cálculo de potencia generada para turbina pelton, en 3 escenarios: ................12
2.4.1 Escenario 1: Potencia neta del diseño:..........................................................12
2.4.2 Escenario 2: Potencia neta máxima:.............................................................13
2.4.3 Escenario 3: Potencia neta mínima: .............................................................13
3 Resultados......................................................................................................................14
4 Conclusiones..................................................................................................................15
5 Referencias bibliográficas.............................................................................................15
6 Anexos............................................................................................................................16
6.1 Programa para el cálculo del factor de fricción ...................................................16
6.2 Esquema de la central hidroeléctrica de paso UNT............................................21
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos
6
2 DESARROLLO
2.1 DATOS OTORGADOS POR LA DIRECCIÓN DEL PROYECTO:
Niveles en la cámara de carga
Nivel máximo : 2102,8 m.s.n.m
Nivel normal : 2100,8 m.s.n.m
Nivel mínimo de operación : 2097,8 m.s.n.m
Características obra de aducción
Tipo : Tubería exterior (penstock)
Longitud en tramo recto : 1227,8 m.
Diámetro interno : 0,9 m.
Número y tipo de codos : 02 codos a 45° (k ≈ 0,4)
Bocatoma : Bordes redondeados
Nivel cota media del inyector : 1416,8 m.s.n.m
2.2 SUPUESTOS:
Las consideraciones planteadas en este trabajo son de suma importancia, ya que revelan
la veracidad de los resultados obtenidos, asi como el contexto considerado para el diseño de
la central hidroelectrica y futuras mejoras.
 Los niveles de presión tanto en la entrada y salida del sistema (desde la bocatoma
hasta el canal de salida) corresponden al de nivel atmosférico. Por otro lado, es
sabido que el nivel de presión varia según la altura, pero esto se desprecia. Siendo
asi:
𝑝1 = 𝑝2 = 𝑝 𝑎𝑡𝑚 → ∆𝑝 = 0 𝑎𝑡𝑚
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos
7
 De manera similiar al anterior, suponiendo la incompresibilidad del fluido agua
(lo cual es cierto para velocidades menores que el Match) tenemos que el peso
especifico tanto en la entrada y salida permanece casi constantes. Dado que la
gravedad también lo es, tenemos:
𝑔 = 9,81
𝑚
𝑠2
𝑦 𝛾1 = 𝛾2 = 𝑐𝑡𝑒
 Las magnitudes de velocidades media del flujo tanto en la entrada como en la
salida, luego de que este impacte con el rodete del Pelton, son despreciables. Asi:
𝑉1 = 𝑉2 = 0 𝑚/𝑠2
 La ubicación escogida para la construcción de la central hidroelectrica es en las
cercanías de Huamachuco, provincia de Sanchez Carrion, donde la temperatura
promedia es de 17°C. Esto influye en las propiedas del fluido siendo asi para:
µ = 1,081. 10−3 𝑘𝑔
𝑚. 𝑠⁄ 𝑦 𝜌 = 998,86
𝑘𝑔
𝑚3⁄
 El material escogido para el tubo de presión o penstock fue de acero. Según las
tablas de fabricación a este le corresponde una rugosidad de:
ɛ = 0,05 𝑚𝑚
 En la entrada de la bocatoma y paso a la cámara de carga, se considero bordes
redondeados, además esta el uso de codos de 45°. En ambos casos, los coeficientes
de resistencia fueron obtenidos de tablas normalizadas.
𝑘 𝑏𝑜𝑟𝑑𝑒 = 0,06 𝑦 𝑘 𝑐𝑜𝑑𝑜 = 0,4
2.3 CÁLCULO DE ALTURA NETA DISPONIBLE PARA TURBINA PELTON, EN 3 ESCENARIOS:
2.3.1 Escenario 1: Altura neta del diseño:
 Si 𝑍1 = 𝑍𝑖 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 = 2100,8 m. s. n. m.
 𝐻 𝑛 = (2100,8 – 1416,8) – ℎ 𝑓1 = 684 – ℎ 𝑓1
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8
a) Pérdidas principales:
 Para el cálculo de las pérdidas principales (hl) se usa la siguiente fórmula:
Donde:
L = 1227,8 m.s.n.m.
D = 0,9 m.
Si: Q = cte.  𝑄 = 𝑉 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎. 𝐴 = 5 𝑚3
𝑠⁄
 El valor del parámetro de fricción (f) se calcula mediante la siguiente
fórmula, el cuál es una aproximación al valor original:
 Para lo cual el valor del número de Reynolds (Re) se calcula mediante la
siguiente ecuación:
 A 17°C:
µ = 1,081. 10−3 𝑘𝑔
𝑚. 𝑠⁄ ; 𝜌 = 998,86
𝑘𝑔
𝑚3⁄
 Entonces reemplazando los valores en la ecuación de Reynolds:
 Además, se conoce:
ɛ
𝐷
=
0,05 . 10−3
0,9
= 0,055 . 10−3
𝐻𝑙 =
𝑓. 𝐿. 𝑉 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎
2
𝐷. 2. 𝑔
𝑉 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 = 7,86 𝑚 𝑠⁄
1
𝑓1 2⁄ ≈ −1,8. log[
6.9
𝑅 𝑒
+ (
ɛ 𝐷⁄
3,7
)1,11
]
𝑅 𝑒 =
𝑉. 𝐷
𝜈
=
𝜌. 𝑉. 𝐷
µ
𝑅 𝑒 =
998,86 .7,86.0,9
1,081.10−3
= 6,536. 106
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9
 Reemplazando valores se obtiene el valor de f:
 De esta manera tenemos:
b) Pérdidas secundarias:
 En entradas (k ≈ 0,06)
 En codos (k ≈ 0,4)
 De este modo, obtenemos hf1 :
 Por lo tanto:
1
𝑓1 2⁄
≈ 3,652  f = 0,011
𝐻𝑙 =
0,011 .1227,8 . 7,862
0,9 . 2 .9,81
= 47,25 m
𝐻𝑠1 =
𝑘1 . 𝑉 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎
2
2. 𝑔
=
0,06 . 7,862
2 . 9,81
= 0,189 m
𝐻𝑠2 = ∑ 𝑘𝑖
2
1
.
𝑉 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎
2
2. 𝑔
=
2 .0,4 . 7,862
2 . 9,81
= 2,519 m
Hf1 = 𝐻𝑠1 + 𝐻𝑠2 + 𝐻𝑙 = 0,189 + 2,519 + 47,25 = 49,958 m
H 𝑛 = 684 – Hf1 = 684 – 49,958 = 634,042 m
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10
2.3.2 Escenario 2: Altura neta máxima:
 Si 𝑍2 = 𝑍𝑖 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜 = 2102,8m. s. n. m.
 𝐻 𝑛 = (2102,8 – 1416,8)– ℎ 𝑓1 = 686 – ℎ 𝑓2
a) Pérdidas principales:
 Para el cálculo de las pérdidas principales (hl) se usa la siguiente fórmula:
Donde:
L = 1227,8 m.s.n.m.
D = 0,9 m.
Si: Q’ = 10%Q  𝑄′
= 𝑉′. 𝐴 = 0,5 𝑚3
𝑠⁄
 El valor del parámetro de fricción f se calcula de la misma manera con la
fórmula propuesta anteriormente, ahora se tiene que calcular el número
de Reynolds puesto que el caudal varía y por ende, la velocidad también
varía.
 A 17°C:
µ = 1,081. 10−3 𝑘𝑔
𝑚. 𝑠⁄ ; 𝜌 = 998,86
𝑘𝑔
𝑚3⁄
 Entonces reemplazando los valores en la ecuación de Reynolds:
𝐻𝑙′ =
𝑓. 𝐿. 𝑉′
𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎
2
𝐷. 2. 𝑔
𝑉′ 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 = 0,786 𝑚 𝑠⁄
𝑅 𝑒 =
998,86 .0, 786.0,9
1,081. 10−3
= 0,654. 106
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11
 Además, se anteriormente que:
ɛ
𝐷
= 0,055 . 10−3
 Reemplazando valores se obtiene el valor de f:
 Dado que el valor de f no cambia entonces reemplazando tenemos:
b) Pérdidas secundarias:
 En entradas (k ≈ 0,06)
 En codos (k ≈ 0,4)
 De este modo, obtenemos hf2 :
 Por lo tanto:
𝐻𝑙′ =
0,013 .1227,8 .0, 7862
0,9 . 2 .9,81
= 0.57 m
𝐻𝑠1
′
=
𝑘1 . 𝑉′2
2. 𝑔
=
0,06 . 0,7862
2 . 9,81
= 1,89. 10−3
m
𝐻𝑠2
′
= ∑ 𝑘𝑖
2
1
.
𝑉 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎
2
2. 𝑔
=
2 .0,4 . 7,862
2 . 9,81
= 2,519. 10−2
m
𝐻𝑓2 = 𝐻𝑠1
′
+ 𝐻𝑠2
′
+ 𝐻𝑙
′
= 1,89. 10−3
+ 2,519. 10−2
+ 0.57 = 0,6 m
𝐻 𝑛 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜 = 686 – 𝐻𝑓2 = 686 – 0,6 = 685,4 m
1
𝑓1 2⁄
≈ 8,684  f = 0,013
0
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12
2.3.3 Escenario 3: Altura neta mínima:
 Si 𝑍3 = 𝑍𝑖 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑜 = 22097,8 m. s. n. m.
 𝐻 𝑛 = (2097,8 – 1416,8)– ℎ 𝑓3 = 681 – ℎ 𝑓3
 Como hf1 = hf3 = hf , entonces:
 Por lo tanto:
2.4 CÁLCULO DE POTENCIA GENERADA PARA TURBINA PELTON, EN 3 ESCENARIOS:
 La potencia de determina mediante la siguiente fórmula:
 Para ello, los valores de 𝜌, g y Q son constantes, entonces:
2.4.1 Escenario 1: Potencia neta del diseño:
Para 𝐻 𝑛 :
Si η = 92,79%
𝑃𝑜𝑡. = 48,994 ∗ 634,042 ∗ 0,928
 Si η = 91,65%
𝑃𝑜𝑡. = 48,994 ∗ 634,042 ∗ 0,916
𝐻𝑓3 = 49,958 m
𝐻 𝑛 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑜 = 681 – 𝐻𝑓3 = 681 – 49,958 = 631,042 m
Pturbina = 𝜌.g.Hn.Q.η
Pturbina = 48,994.Hn. η
Pot. = 28824,52 W.
Pot. = 28470,39 W.
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13
 Si η = 92,20%
𝑃𝑜𝑡. = 48,994 ∗ 634,042 ∗ 0,922
2.4.2 Escenario 2: Potencia neta máxima:
Para 𝐻 𝑛 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜 :
 Si η = 92,79%
𝑃𝑜𝑡. = 48,994 ∗ 685,4 ∗ 0,928
 Si η = 91,65%
𝑃𝑜𝑡. = 48,994 ∗ 685,4 ∗ 0,916
 Si η = 92,20%
𝑃𝑜𝑡. = 48,994 ∗ 685,4 ∗ 0,922
2.4.3 Escenario 3: Potencia neta mínima:
Para 𝐻 𝑛 𝑚𝑖𝑛𝑚𝑜 :
 Si η = 92,79%
𝑃𝑜𝑡. = 48,994 ∗ 631,042 ∗ 0,928
 Si η = 91,65%
𝑃𝑜𝑡. = 48,994 ∗ 631,042 ∗ 0,916
 Si η = 92,20%
𝑃𝑜𝑡. = 48,994 ∗ 631,042 ∗ 0,922
Pot. = 28641,24 W.
Pot. = 31159,33 W.
Pot. = 30776,51 W.
Pot. = 30961,20 W.
Pot. = 28688,14 W.
Pot. = 28335,68 W.
Pot. = 28505,72 W.
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14
3 RESULTADOS
A continuación, se muestran los resultados obtenidos en una tabla de forma
comparativa, a fin de garantizar un mejor análisis y futuras mejoras.
CENTRAL HIDROELECTRICA UNT - HUAMACHUCO
SANTIAGO DE CHUCO – 17°C
ESTADO (in y out) Estado 1 Estado 2
CONSIDERACIONES
𝑉1 = 0; 𝑝1 = 𝑎𝑡𝑚 𝑉2 = 0
𝑝2 = 𝑝1
µ = 1,081. 10−3 𝑘𝑔
𝑚. 𝑠⁄ ; 𝜌 = 998,86
𝑘𝑔
𝑚3⁄
ɛ = 0,05 𝑚𝑚 ; 𝑘 𝑠1 = 0,04 ; 𝑘 𝑠2 = 0,06
Re 6,536. 106
0,654. 106
NIVEL
Nivel
minimo
Z1 = 2097,8m
Nivel
medio
Z1 = 2100,8m
Nivel
maximo
Z1 = 2102,8m
FACTOR DE FRICCION 𝑓 = 0,011 𝑓 = 0,013
Hn 631,042 m 634,042 m 685,4 m
POTENCIA
η = 92,79% 28688,14 W 28824,52 W 31159,33 W
η = 91,65% 28335,68 W 28470,39 W 30776,51 W
η = 92,20% 28505,72 W 28641,24 W 30961,20 W
Nota: La tabla es una de doble entrada. Desde la izuiqerda se aprecian los
resultados de cada tipo. Desde lo superior, según el estado o nivel considerado.
TABLA 3.1. Resultados y consideraciones. El apartado de Estado se refiere
tanto a la entrada como a salida del sistema (central h.)
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos
15
4 CONCLUSIONES
 La ecuación general de la energía es capaz de analizar sistemas que involucran
turbinas y dar una mejor precisión, debido a la consideración perdidas. Heho
complemente diferente con la ecuación de Bernoulli donde estas se desprecian.
 Las alturas netas producida por las turbinas se sebe principalmente a las
diferencias geodésicas del sistema. En comparación con las demás energías, esta
siempre esta presente.
 Las cantidades de energías perdida por las irregularidades en el sistema, son
numéricamente mucho menor, sin embargo, con las condiciones adecuadas estas
pueden llegar a ser considerables.
 Para flujo turbulentos, si el numero de Reynolds es de una magnitud muy
elevada, su influencia en las ecuaciones de Coolebrock para el calulo del factor
de friccion, puede ser despreciada.
 Para los calulos de perdidas principales, es necesario el factor de friccion. Una
manera de obtnerla de forma precisa es haciendo uso de un sowfware de
programación.
5 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
 [Recursos web] Ecuacion general de energía – Diapositivas brindadas por el
docente del curso.
 [Recurso web] Turbinas Pelton. Marchegiani Ariel. Universidad Nacional de
Comahue. 2004
 [Recurso web] Turbinas Hidraulicas. Suescún Monsalve. Universidad de
Antioquia. Colombia.
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16
6 ANEXOS
6.1 PROGRAMA PARA EL CÁLCULO DEL FACTOR DE FRICCIÓN
 PROGRAMA PRINCIPAL
%PROGRAMA PARA LA OBTENCION DEL FACTOR
%DE FRICCION. ANEXO DE TAREA 1 - CURSO DE FLUIDOS
%Al 22/01/17
%Por Equipo de trabajo
%----------------------------------------------------------------------------------------
clc, clear, close all
%CONSTANTES - Consideraciones
e = 0.05*10^-3;%(m) rugosidad
D = 0.9;%(m) diametro interno
d = 998.6;% (kg/m3) densidad agua a 17°C
V = 7.86;%(m/s) velocidad media
u = 1.081*10^-3;%(Pa.s) viscosidad dinamica
%CALCULO Re
Re = d*V*D/u;
disp('Sea el numero de Reynolds Re : ');
disp(Re);
disp(' ');
f = fFriccion(e,D,Re); %llamada a la función factor de friccion
disp('Pero como g = 1/f^0.5, finalmente : ');
fprintf('Factor de friccion f es %5.4f n',f );
 FUNCION FACTOR DE FRICCION
function f = fFriccion( e,D,Re )
%FFRICCION - Programa que calcula el factor de friccion "f" de una tuberia
%para el calculo de perdidas regulares o principales.
%Solucion de la ecuacion de Colebrook. Ecuacion implicita.
%
%INPUT
% e = rugosidad de la tuberia (m)
% D = diametro interno de tuberia (m)
% Re = numero de Reynolds
%
%OUTPUT
% f = factor de friccion
%------------------------------------------------------------------------
disp('Sea la ecuacion de Colebrook-White :');
disp(' 1/f^0.5 = -2*log( e/(D*3.7) + 2.51/(Re*f^0.5) ');
CONSTANTES Y
VARIBLES
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos
17
disp(' ');
disp('Para hallar f, hacemos un cambio de variable : ');
disp(' g = -2*log( e/(D*3.7) + 2.51/(Re*g) ');
disp('Donde :');
disp(' g = 1/f^0.5 ');
%DEFINICION DE ECUACION
a = e/(D*3.7);
b = 2.51/Re;
%El metodo aplica con las funciones despejadas hacia un lado, asi :
func1 = @(f) 1./f.^0.5 + 2*log10( a + b./f^0.5);%Ecuacion original.
func2 = @(g) g + 2*log10( a + b*g);% Cambio de variable g = 1/f^0.5. Se linealiza
dfunc2 = @(g) 1 + 2/log(10)*(b/(a+b+g));%Derivada de func2 usada en el metodo
numerico
%El cambio de variable permite aplicar los metodos de solucion de raices.
%TOMA DE DATOS
disp('Para graficar la ecuacion original y la nueva ingrese un intervalo :');
a = input('Limite inferiror (Por ejemplo -5) : ');
b = input('Limite superior (Por ejemplo 15) : ');
x1 = linspace(a,b);
%GRAFICAS
figure
ezplot(func1,x1); %Grafica de la ecuacion original ( f )
grid on;
figure
ezplot(func2,x1); %Grafica de la nueva ecuacion ( g )
grid on;
disp('----------SOLUCION ---------')
disp('< Se trabaja sobre la nueva ecuacion en funcion de g >')
disp('- INTERVALO CON LA SOLUCION DE LA NUEVA ECUACION g')
disp('De la grafica eliga un intervalo :')
xmin=input(' Xmin (Por ejemplo 5) : ');
xmax=input(' Xmax (Por ejemplo 15) : ');
bracket = busqInc(func2, xmin, xmax);%Obtencion del intervalo que encierra la solucion
g
disp('Luego : ');
disp(' #Intervalo xl xu')%xl y xu son los extremos del intervalo
disp(bracket)
disp(' --------------------------------');
disp(' ');
disp('RESULTADOS : ');
disp('Haciendo uso de los datos anteriores, obtenemos: ');
disp(' METODO NEWTON-RAPHSON ---> ');
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18
%Se requiere un punto de partida del intervalo anterior.
x0=bracket(1,2);%Elegimos el extremo xl
[g, ea, iter] = newRaph(func2, dfunc2, x0, 0.0001, 100); %llamada al metodo
matriz = [g; ea; iter];
fprintf('%10s %10s %12sn',' g ','ea%', '#Iter'); %Mostrar resultados del metodo
fprintf('%10.4f %8.4f %8dn',matriz');%valor de g, iteraciones en que se solucionó y el
error aproximado
disp(' --------------------------------');
disp(' ');
f = 1/g^2;%Despejando el cambio de variable se halla el factor de friccion
end
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19
 CAPTURAS DE PANTALLA Y MUESTRA DE DATOS
Grafica de la ecuación de Colebrook-White. Nótese que la solución f
es asintótica en cero.
Grafica de la nueva ecuación de Colebrook. Nótese su linealidad y, por ende
su facilidad de uso.
La solución de f se
aproxima a cero y es difícil
de determinar. La ecuación
se linealiza.
LA SOLUCION DE g
SE ENCUENTRA
PROXIMA A 10
Al hallar g,
fácilmente
obtenemos f, ya que:
𝑔 =
1
𝑓0.5
Este cambio de
variable, me permite
tratarla como una simple
ecuación lineal, para
luego regresar por la
exponencial
reemplazando.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos
20
 SALIDA DEL PROGRAMA
NOTA: De la misma manera se obtiene el factor de fricción para el caso donde el caudal
es el 10%Q, esto influye en la velocidad y por ende en el número de Reynolds. Dado que el
número de Reynolds se encuentra en el denominador de la ecuación de Coolebrok, este
tiene a cero por ser un valor muy grande, obteniéndose así un valor cercano del factor de
fricción original (Q = 5m3/S). Este nuevo f ‘es igual a 0,013.
Obtención del valor
de g igual a 9.4587 y así
hallar f según:
𝑔 =
1
𝑓0.5
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21
6.2 ESQUEMA DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE PASO UNT
FIG A1. Esquema de la central eléctrica considerada.
Las consideraciones evaluadas se ajustan a este diseño.
FIG A2. Plano de detalle de la
bocatoma. Fijes el canal de conducción
directo a la cámara de carga.
FIG A3. Vista superior de la casa de
maquinas. Se puede apreciar la conexión
y salida del geneador. La turbina en si
no fue ojetivo de estudio.

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  • 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Facultad de Ingeniería E.A.P. de Ingeniería Mecatrónica. Trabajo de investigación del proyecto hidroeléctrico “Central unt” - 2017 ASIGNATURA Mecánica de fluidos DOCENTE Ing. Juan Bengoa AUTORES Jara Alfaro Enrique Jacobo Zavaleta Sergio Julián Rodríguez Rodrigo martes, 24 de enero de 2017
  • 2. ii Introducción Actualmente, un Ingeniero Mecatrónico tiene que desenvolverse de buena manera en la rama de la Mecánica. De esta forma, puede determinar el par caudal-altura relevante en la operación de una turbina. Hay variedad de tipos de turbinas, por el cual se usa en este informe la turbina tipo Pelton. En estos tipos de proyectos hidroeléctricos se suele calcular las alturas netas, así como la potencia que tiene la potencia bajo ciertas condiciones ya sea rendimiento, cantidad de caudal, etc. Para ello, en este trabajo se nos dan datos acerca de este proyecto hidroeléctrico en el cual hacemos uso de ecuaciones para poder calcular este tipo de valores.
  • 3. iii Resumen El presente informe tiene como tema de estudio “la ecuación de la energía aplicada a turbinas”. En este informe se puede apreciar datos proporcionados acerca de los niveles en la cámara de carga, características de obras de aducción y el nivel cota media del inyector. Para ello, se hicieron uso de fórmulas los cuales se relacionaban con la ecuación de la energía. Para ello, se usaron fórmulas para calcular las alturas netas ya sea normal, mínimo y máximo, así como se hicieron uso de las fórmulas para obtener el factor de fricción, el número de Reynolds, etc. Otro de los cálculos que se obtuvieron fue de las potencias que tenía la turbina Pelton bajo ciertas condiciones como el rendimiento que tenía en ciertos instantes, así como el caudal que en un caso varía, etc. Abstract The present study has as its theme "the energy equation applied to turbines". In this report we can see data provided on the levels in the loading chamber, characteristics of adduction works and the average level of the injector. For this purpose, formulas were used which were related to the energy equation. For this, formulas were used to calculate the net heights either normal, minimum and maximum, as well as formulas were used to obtain the friction factor, the Reynolds number, etc. Another one of the calculations that were obtained was of the powers that had the Pelton turbine under certain conditions like the yield that had in certain instants, as well as the flow that in a case varies, etc.
  • 4. iv 1 OBJETIVOS 1.1 OBJETIVO GENERAL:  Aplicación de la ecuación general de la energía en centrales hidroelecticas. 1.2 OBJETIVOS PARTICULARES:  Establecer el manejo de los pares caudal-altura neta relevantes en la operación de una turbina.  Obtener las potencias de la turbina Pelton bajo distintos rendimientos de operación.  Calcular las perdidas generadas por friccion según los difentes tipos.  Aplicación y obtención mediante uso de software (MatLab) del factor de fricción.
  • 5. v ÍNDICE Introducción.......................................................................................................................... ii Resumen............................................................................................................................... iii Abstract................................................................................................................................ iii 1 Objetivos .........................................................................................................................iv 1.1 Objetivo general:.....................................................................................................iv 1.2 Objetivos particulares: ...........................................................................................iv Índice......................................................................................................................................v 2 desarrollo .........................................................................................................................6 2.1 Datos Otorgados por la Dirección del Proyecto: ....................................................6 2.2 Supuestos: ................................................................................................................6 2.3 Cálculo de altura neta disponible para turbina pelton, en 3 escenarios:............7 2.3.1 Escenario 1: Altura neta del diseño:...............................................................7 2.3.2 Escenario 2: Altura neta máxima: ................................................................10 2.3.3 Escenario 3: Altura neta mínima:.................................................................12 2.4 Cálculo de potencia generada para turbina pelton, en 3 escenarios: ................12 2.4.1 Escenario 1: Potencia neta del diseño:..........................................................12 2.4.2 Escenario 2: Potencia neta máxima:.............................................................13 2.4.3 Escenario 3: Potencia neta mínima: .............................................................13 3 Resultados......................................................................................................................14 4 Conclusiones..................................................................................................................15 5 Referencias bibliográficas.............................................................................................15 6 Anexos............................................................................................................................16 6.1 Programa para el cálculo del factor de fricción ...................................................16 6.2 Esquema de la central hidroeléctrica de paso UNT............................................21
  • 6. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos 6 2 DESARROLLO 2.1 DATOS OTORGADOS POR LA DIRECCIÓN DEL PROYECTO: Niveles en la cámara de carga Nivel máximo : 2102,8 m.s.n.m Nivel normal : 2100,8 m.s.n.m Nivel mínimo de operación : 2097,8 m.s.n.m Características obra de aducción Tipo : Tubería exterior (penstock) Longitud en tramo recto : 1227,8 m. Diámetro interno : 0,9 m. Número y tipo de codos : 02 codos a 45° (k ≈ 0,4) Bocatoma : Bordes redondeados Nivel cota media del inyector : 1416,8 m.s.n.m 2.2 SUPUESTOS: Las consideraciones planteadas en este trabajo son de suma importancia, ya que revelan la veracidad de los resultados obtenidos, asi como el contexto considerado para el diseño de la central hidroelectrica y futuras mejoras.  Los niveles de presión tanto en la entrada y salida del sistema (desde la bocatoma hasta el canal de salida) corresponden al de nivel atmosférico. Por otro lado, es sabido que el nivel de presión varia según la altura, pero esto se desprecia. Siendo asi: 𝑝1 = 𝑝2 = 𝑝 𝑎𝑡𝑚 → ∆𝑝 = 0 𝑎𝑡𝑚
  • 7. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos 7  De manera similiar al anterior, suponiendo la incompresibilidad del fluido agua (lo cual es cierto para velocidades menores que el Match) tenemos que el peso especifico tanto en la entrada y salida permanece casi constantes. Dado que la gravedad también lo es, tenemos: 𝑔 = 9,81 𝑚 𝑠2 𝑦 𝛾1 = 𝛾2 = 𝑐𝑡𝑒  Las magnitudes de velocidades media del flujo tanto en la entrada como en la salida, luego de que este impacte con el rodete del Pelton, son despreciables. Asi: 𝑉1 = 𝑉2 = 0 𝑚/𝑠2  La ubicación escogida para la construcción de la central hidroelectrica es en las cercanías de Huamachuco, provincia de Sanchez Carrion, donde la temperatura promedia es de 17°C. Esto influye en las propiedas del fluido siendo asi para: µ = 1,081. 10−3 𝑘𝑔 𝑚. 𝑠⁄ 𝑦 𝜌 = 998,86 𝑘𝑔 𝑚3⁄  El material escogido para el tubo de presión o penstock fue de acero. Según las tablas de fabricación a este le corresponde una rugosidad de: ɛ = 0,05 𝑚𝑚  En la entrada de la bocatoma y paso a la cámara de carga, se considero bordes redondeados, además esta el uso de codos de 45°. En ambos casos, los coeficientes de resistencia fueron obtenidos de tablas normalizadas. 𝑘 𝑏𝑜𝑟𝑑𝑒 = 0,06 𝑦 𝑘 𝑐𝑜𝑑𝑜 = 0,4 2.3 CÁLCULO DE ALTURA NETA DISPONIBLE PARA TURBINA PELTON, EN 3 ESCENARIOS: 2.3.1 Escenario 1: Altura neta del diseño:  Si 𝑍1 = 𝑍𝑖 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 = 2100,8 m. s. n. m.  𝐻 𝑛 = (2100,8 – 1416,8) – ℎ 𝑓1 = 684 – ℎ 𝑓1
  • 8. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos 8 a) Pérdidas principales:  Para el cálculo de las pérdidas principales (hl) se usa la siguiente fórmula: Donde: L = 1227,8 m.s.n.m. D = 0,9 m. Si: Q = cte.  𝑄 = 𝑉 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎. 𝐴 = 5 𝑚3 𝑠⁄  El valor del parámetro de fricción (f) se calcula mediante la siguiente fórmula, el cuál es una aproximación al valor original:  Para lo cual el valor del número de Reynolds (Re) se calcula mediante la siguiente ecuación:  A 17°C: µ = 1,081. 10−3 𝑘𝑔 𝑚. 𝑠⁄ ; 𝜌 = 998,86 𝑘𝑔 𝑚3⁄  Entonces reemplazando los valores en la ecuación de Reynolds:  Además, se conoce: ɛ 𝐷 = 0,05 . 10−3 0,9 = 0,055 . 10−3 𝐻𝑙 = 𝑓. 𝐿. 𝑉 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 2 𝐷. 2. 𝑔 𝑉 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 = 7,86 𝑚 𝑠⁄ 1 𝑓1 2⁄ ≈ −1,8. log[ 6.9 𝑅 𝑒 + ( ɛ 𝐷⁄ 3,7 )1,11 ] 𝑅 𝑒 = 𝑉. 𝐷 𝜈 = 𝜌. 𝑉. 𝐷 µ 𝑅 𝑒 = 998,86 .7,86.0,9 1,081.10−3 = 6,536. 106
  • 9. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos 9  Reemplazando valores se obtiene el valor de f:  De esta manera tenemos: b) Pérdidas secundarias:  En entradas (k ≈ 0,06)  En codos (k ≈ 0,4)  De este modo, obtenemos hf1 :  Por lo tanto: 1 𝑓1 2⁄ ≈ 3,652  f = 0,011 𝐻𝑙 = 0,011 .1227,8 . 7,862 0,9 . 2 .9,81 = 47,25 m 𝐻𝑠1 = 𝑘1 . 𝑉 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 2 2. 𝑔 = 0,06 . 7,862 2 . 9,81 = 0,189 m 𝐻𝑠2 = ∑ 𝑘𝑖 2 1 . 𝑉 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 2 2. 𝑔 = 2 .0,4 . 7,862 2 . 9,81 = 2,519 m Hf1 = 𝐻𝑠1 + 𝐻𝑠2 + 𝐻𝑙 = 0,189 + 2,519 + 47,25 = 49,958 m H 𝑛 = 684 – Hf1 = 684 – 49,958 = 634,042 m
  • 10. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos 10 2.3.2 Escenario 2: Altura neta máxima:  Si 𝑍2 = 𝑍𝑖 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜 = 2102,8m. s. n. m.  𝐻 𝑛 = (2102,8 – 1416,8)– ℎ 𝑓1 = 686 – ℎ 𝑓2 a) Pérdidas principales:  Para el cálculo de las pérdidas principales (hl) se usa la siguiente fórmula: Donde: L = 1227,8 m.s.n.m. D = 0,9 m. Si: Q’ = 10%Q  𝑄′ = 𝑉′. 𝐴 = 0,5 𝑚3 𝑠⁄  El valor del parámetro de fricción f se calcula de la misma manera con la fórmula propuesta anteriormente, ahora se tiene que calcular el número de Reynolds puesto que el caudal varía y por ende, la velocidad también varía.  A 17°C: µ = 1,081. 10−3 𝑘𝑔 𝑚. 𝑠⁄ ; 𝜌 = 998,86 𝑘𝑔 𝑚3⁄  Entonces reemplazando los valores en la ecuación de Reynolds: 𝐻𝑙′ = 𝑓. 𝐿. 𝑉′ 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 2 𝐷. 2. 𝑔 𝑉′ 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 = 0,786 𝑚 𝑠⁄ 𝑅 𝑒 = 998,86 .0, 786.0,9 1,081. 10−3 = 0,654. 106
  • 11. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos 11  Además, se anteriormente que: ɛ 𝐷 = 0,055 . 10−3  Reemplazando valores se obtiene el valor de f:  Dado que el valor de f no cambia entonces reemplazando tenemos: b) Pérdidas secundarias:  En entradas (k ≈ 0,06)  En codos (k ≈ 0,4)  De este modo, obtenemos hf2 :  Por lo tanto: 𝐻𝑙′ = 0,013 .1227,8 .0, 7862 0,9 . 2 .9,81 = 0.57 m 𝐻𝑠1 ′ = 𝑘1 . 𝑉′2 2. 𝑔 = 0,06 . 0,7862 2 . 9,81 = 1,89. 10−3 m 𝐻𝑠2 ′ = ∑ 𝑘𝑖 2 1 . 𝑉 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 2 2. 𝑔 = 2 .0,4 . 7,862 2 . 9,81 = 2,519. 10−2 m 𝐻𝑓2 = 𝐻𝑠1 ′ + 𝐻𝑠2 ′ + 𝐻𝑙 ′ = 1,89. 10−3 + 2,519. 10−2 + 0.57 = 0,6 m 𝐻 𝑛 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜 = 686 – 𝐻𝑓2 = 686 – 0,6 = 685,4 m 1 𝑓1 2⁄ ≈ 8,684  f = 0,013 0
  • 12. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos 12 2.3.3 Escenario 3: Altura neta mínima:  Si 𝑍3 = 𝑍𝑖 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑜 = 22097,8 m. s. n. m.  𝐻 𝑛 = (2097,8 – 1416,8)– ℎ 𝑓3 = 681 – ℎ 𝑓3  Como hf1 = hf3 = hf , entonces:  Por lo tanto: 2.4 CÁLCULO DE POTENCIA GENERADA PARA TURBINA PELTON, EN 3 ESCENARIOS:  La potencia de determina mediante la siguiente fórmula:  Para ello, los valores de 𝜌, g y Q son constantes, entonces: 2.4.1 Escenario 1: Potencia neta del diseño: Para 𝐻 𝑛 : Si η = 92,79% 𝑃𝑜𝑡. = 48,994 ∗ 634,042 ∗ 0,928  Si η = 91,65% 𝑃𝑜𝑡. = 48,994 ∗ 634,042 ∗ 0,916 𝐻𝑓3 = 49,958 m 𝐻 𝑛 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑜 = 681 – 𝐻𝑓3 = 681 – 49,958 = 631,042 m Pturbina = 𝜌.g.Hn.Q.η Pturbina = 48,994.Hn. η Pot. = 28824,52 W. Pot. = 28470,39 W.
  • 13. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos 13  Si η = 92,20% 𝑃𝑜𝑡. = 48,994 ∗ 634,042 ∗ 0,922 2.4.2 Escenario 2: Potencia neta máxima: Para 𝐻 𝑛 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜 :  Si η = 92,79% 𝑃𝑜𝑡. = 48,994 ∗ 685,4 ∗ 0,928  Si η = 91,65% 𝑃𝑜𝑡. = 48,994 ∗ 685,4 ∗ 0,916  Si η = 92,20% 𝑃𝑜𝑡. = 48,994 ∗ 685,4 ∗ 0,922 2.4.3 Escenario 3: Potencia neta mínima: Para 𝐻 𝑛 𝑚𝑖𝑛𝑚𝑜 :  Si η = 92,79% 𝑃𝑜𝑡. = 48,994 ∗ 631,042 ∗ 0,928  Si η = 91,65% 𝑃𝑜𝑡. = 48,994 ∗ 631,042 ∗ 0,916  Si η = 92,20% 𝑃𝑜𝑡. = 48,994 ∗ 631,042 ∗ 0,922 Pot. = 28641,24 W. Pot. = 31159,33 W. Pot. = 30776,51 W. Pot. = 30961,20 W. Pot. = 28688,14 W. Pot. = 28335,68 W. Pot. = 28505,72 W.
  • 14. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos 14 3 RESULTADOS A continuación, se muestran los resultados obtenidos en una tabla de forma comparativa, a fin de garantizar un mejor análisis y futuras mejoras. CENTRAL HIDROELECTRICA UNT - HUAMACHUCO SANTIAGO DE CHUCO – 17°C ESTADO (in y out) Estado 1 Estado 2 CONSIDERACIONES 𝑉1 = 0; 𝑝1 = 𝑎𝑡𝑚 𝑉2 = 0 𝑝2 = 𝑝1 µ = 1,081. 10−3 𝑘𝑔 𝑚. 𝑠⁄ ; 𝜌 = 998,86 𝑘𝑔 𝑚3⁄ ɛ = 0,05 𝑚𝑚 ; 𝑘 𝑠1 = 0,04 ; 𝑘 𝑠2 = 0,06 Re 6,536. 106 0,654. 106 NIVEL Nivel minimo Z1 = 2097,8m Nivel medio Z1 = 2100,8m Nivel maximo Z1 = 2102,8m FACTOR DE FRICCION 𝑓 = 0,011 𝑓 = 0,013 Hn 631,042 m 634,042 m 685,4 m POTENCIA η = 92,79% 28688,14 W 28824,52 W 31159,33 W η = 91,65% 28335,68 W 28470,39 W 30776,51 W η = 92,20% 28505,72 W 28641,24 W 30961,20 W Nota: La tabla es una de doble entrada. Desde la izuiqerda se aprecian los resultados de cada tipo. Desde lo superior, según el estado o nivel considerado. TABLA 3.1. Resultados y consideraciones. El apartado de Estado se refiere tanto a la entrada como a salida del sistema (central h.)
  • 15. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos 15 4 CONCLUSIONES  La ecuación general de la energía es capaz de analizar sistemas que involucran turbinas y dar una mejor precisión, debido a la consideración perdidas. Heho complemente diferente con la ecuación de Bernoulli donde estas se desprecian.  Las alturas netas producida por las turbinas se sebe principalmente a las diferencias geodésicas del sistema. En comparación con las demás energías, esta siempre esta presente.  Las cantidades de energías perdida por las irregularidades en el sistema, son numéricamente mucho menor, sin embargo, con las condiciones adecuadas estas pueden llegar a ser considerables.  Para flujo turbulentos, si el numero de Reynolds es de una magnitud muy elevada, su influencia en las ecuaciones de Coolebrock para el calulo del factor de friccion, puede ser despreciada.  Para los calulos de perdidas principales, es necesario el factor de friccion. Una manera de obtnerla de forma precisa es haciendo uso de un sowfware de programación. 5 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS  [Recursos web] Ecuacion general de energía – Diapositivas brindadas por el docente del curso.  [Recurso web] Turbinas Pelton. Marchegiani Ariel. Universidad Nacional de Comahue. 2004  [Recurso web] Turbinas Hidraulicas. Suescún Monsalve. Universidad de Antioquia. Colombia.
  • 16. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos 16 6 ANEXOS 6.1 PROGRAMA PARA EL CÁLCULO DEL FACTOR DE FRICCIÓN  PROGRAMA PRINCIPAL %PROGRAMA PARA LA OBTENCION DEL FACTOR %DE FRICCION. ANEXO DE TAREA 1 - CURSO DE FLUIDOS %Al 22/01/17 %Por Equipo de trabajo %---------------------------------------------------------------------------------------- clc, clear, close all %CONSTANTES - Consideraciones e = 0.05*10^-3;%(m) rugosidad D = 0.9;%(m) diametro interno d = 998.6;% (kg/m3) densidad agua a 17°C V = 7.86;%(m/s) velocidad media u = 1.081*10^-3;%(Pa.s) viscosidad dinamica %CALCULO Re Re = d*V*D/u; disp('Sea el numero de Reynolds Re : '); disp(Re); disp(' '); f = fFriccion(e,D,Re); %llamada a la función factor de friccion disp('Pero como g = 1/f^0.5, finalmente : '); fprintf('Factor de friccion f es %5.4f n',f );  FUNCION FACTOR DE FRICCION function f = fFriccion( e,D,Re ) %FFRICCION - Programa que calcula el factor de friccion "f" de una tuberia %para el calculo de perdidas regulares o principales. %Solucion de la ecuacion de Colebrook. Ecuacion implicita. % %INPUT % e = rugosidad de la tuberia (m) % D = diametro interno de tuberia (m) % Re = numero de Reynolds % %OUTPUT % f = factor de friccion %------------------------------------------------------------------------ disp('Sea la ecuacion de Colebrook-White :'); disp(' 1/f^0.5 = -2*log( e/(D*3.7) + 2.51/(Re*f^0.5) '); CONSTANTES Y VARIBLES
  • 17. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos 17 disp(' '); disp('Para hallar f, hacemos un cambio de variable : '); disp(' g = -2*log( e/(D*3.7) + 2.51/(Re*g) '); disp('Donde :'); disp(' g = 1/f^0.5 '); %DEFINICION DE ECUACION a = e/(D*3.7); b = 2.51/Re; %El metodo aplica con las funciones despejadas hacia un lado, asi : func1 = @(f) 1./f.^0.5 + 2*log10( a + b./f^0.5);%Ecuacion original. func2 = @(g) g + 2*log10( a + b*g);% Cambio de variable g = 1/f^0.5. Se linealiza dfunc2 = @(g) 1 + 2/log(10)*(b/(a+b+g));%Derivada de func2 usada en el metodo numerico %El cambio de variable permite aplicar los metodos de solucion de raices. %TOMA DE DATOS disp('Para graficar la ecuacion original y la nueva ingrese un intervalo :'); a = input('Limite inferiror (Por ejemplo -5) : '); b = input('Limite superior (Por ejemplo 15) : '); x1 = linspace(a,b); %GRAFICAS figure ezplot(func1,x1); %Grafica de la ecuacion original ( f ) grid on; figure ezplot(func2,x1); %Grafica de la nueva ecuacion ( g ) grid on; disp('----------SOLUCION ---------') disp('< Se trabaja sobre la nueva ecuacion en funcion de g >') disp('- INTERVALO CON LA SOLUCION DE LA NUEVA ECUACION g') disp('De la grafica eliga un intervalo :') xmin=input(' Xmin (Por ejemplo 5) : '); xmax=input(' Xmax (Por ejemplo 15) : '); bracket = busqInc(func2, xmin, xmax);%Obtencion del intervalo que encierra la solucion g disp('Luego : '); disp(' #Intervalo xl xu')%xl y xu son los extremos del intervalo disp(bracket) disp(' --------------------------------'); disp(' '); disp('RESULTADOS : '); disp('Haciendo uso de los datos anteriores, obtenemos: '); disp(' METODO NEWTON-RAPHSON ---> ');
  • 18. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos 18 %Se requiere un punto de partida del intervalo anterior. x0=bracket(1,2);%Elegimos el extremo xl [g, ea, iter] = newRaph(func2, dfunc2, x0, 0.0001, 100); %llamada al metodo matriz = [g; ea; iter]; fprintf('%10s %10s %12sn',' g ','ea%', '#Iter'); %Mostrar resultados del metodo fprintf('%10.4f %8.4f %8dn',matriz');%valor de g, iteraciones en que se solucionó y el error aproximado disp(' --------------------------------'); disp(' '); f = 1/g^2;%Despejando el cambio de variable se halla el factor de friccion end
  • 19. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos 19  CAPTURAS DE PANTALLA Y MUESTRA DE DATOS Grafica de la ecuación de Colebrook-White. Nótese que la solución f es asintótica en cero. Grafica de la nueva ecuación de Colebrook. Nótese su linealidad y, por ende su facilidad de uso. La solución de f se aproxima a cero y es difícil de determinar. La ecuación se linealiza. LA SOLUCION DE g SE ENCUENTRA PROXIMA A 10 Al hallar g, fácilmente obtenemos f, ya que: 𝑔 = 1 𝑓0.5 Este cambio de variable, me permite tratarla como una simple ecuación lineal, para luego regresar por la exponencial reemplazando.
  • 20. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos 20  SALIDA DEL PROGRAMA NOTA: De la misma manera se obtiene el factor de fricción para el caso donde el caudal es el 10%Q, esto influye en la velocidad y por ende en el número de Reynolds. Dado que el número de Reynolds se encuentra en el denominador de la ecuación de Coolebrok, este tiene a cero por ser un valor muy grande, obteniéndose así un valor cercano del factor de fricción original (Q = 5m3/S). Este nuevo f ‘es igual a 0,013. Obtención del valor de g igual a 9.4587 y así hallar f según: 𝑔 = 1 𝑓0.5
  • 21. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Mecánica de fluidos 21 6.2 ESQUEMA DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE PASO UNT FIG A1. Esquema de la central eléctrica considerada. Las consideraciones evaluadas se ajustan a este diseño. FIG A2. Plano de detalle de la bocatoma. Fijes el canal de conducción directo a la cámara de carga. FIG A3. Vista superior de la casa de maquinas. Se puede apreciar la conexión y salida del geneador. La turbina en si no fue ojetivo de estudio.