MECANICA DE FLUIDOS II.- MEC2249 A. TRABAJO...
2
MECANICA DE FLUIDOS II.- MEC2249 A. TRABAJO PRACTICO No. 5 El estudiante debe resolver los 6 ejercicios que se exponen a continuación, de manera crítica y sistemática, aplicando conceptos, ecuaciones y consideraciones e hipótesis que fueren necesarias, cuando considere necesario puede usar software. Docente: Emilio Rivera Chávez 09705/2018 P.1 Water for a Pelton wheel turbine flows from the head-water and through the penstock as shown in Fig. P1. The effective friction factor for the penstock, control valves, and the like is 0.032 and the diameter of the jet is 0.20 m. Determine the maximum power output. P.2. - A sketch of the arithmetic mean radius blade sections of an axial-flow water turbine stage is shown in Fig. P-2. The rotor speed is 1500 rpm. (a) Sketch and label velocity triangles for the flow entering and leaving the rotor row. Use V for absolute velocity, W for relative velocity, and U for blade velocity. Assume flow enters and leaves each blade row at the blade angles shown. (b) Calculate the work per unit mass delivered at the shaft. P.3.- Una turbina Francis de flujo radial tiene las siguientes dimensiones, donde la ubicación 1 es la entrada y la ubicación 2 es la salida: r1 = 6.60 ft, r2= 4.40 ft, b1 = 2.60 ft y b2=7.20 ft. Los ángulos de las aspas del rotor son β1 = 82° y β2 = 46° en la entrada y la salida de la turbina, respectivamente. El rotor gira a n=120 rpm. El caudal en las condiciones de diseño es 4.7x10 6 gpm. En este análisis preliminar se ignoran las pérdidas irreversibles. Calcule el ángulo α1 por el que las aspas directrices deben desviar el flujo, donde α1 se mide desde la dirección tangencial en la entrada del rotor. a) Calcule el ángulo de movimiento giratorio α2, donde α2 se mide desde la dirección tangencial en la salida del rotor. ¿Esta turbina tiene movimiento giratorio en la dirección del giro del rotor o movimiento giratorio invertido? Prediga la potencia producida (hp) y la carga neta necesaria (ft). b) Por medio del software, ajuste el ángulo del borde posterior de la aspa del rotor β2, sin modificar los otros parámetros, de modo que no haya movimiento giratorio en la salida de la turbina. Determine β2 y la potencia de flecha correspondiente. P.4 Los datos siguientes se aplican a una turbina de agua de flujo axial: R0 = 6 pies; RH= 1/2 pie; RT = 3 pies; α =15 o ; b = 3 pies; Q = 6500 galones/s; HT=Z1 = 300 pies No existe momento angular del agua dentro del tubo de fuga. a) Encuentre la potencia ideal desarrollada por la turbina utilizando cinco secciones de álabes, b) Encuentre β1, y β2 en la base y en la punta de los álabes. P.5 Figure P.4 shows a cutaway of a cross-flow or “Banki” turbine, which resembles a squirrel cage with slotted curved blades. Report to the class on the operation and advantages of this design, including idealized velocity vector diagrams. A simple cross-flow turbine, fig P.5, was constructed and tested at the University of Rhode Island. The blades were made of PVC pipe cut lengthwise into three 120°-arc pieces. When it was tested in water at a head of 5.3 ft and a flow rate of 630 gal/min, the measured power output was 0.6 hp. Estimate (a) the efficiency and (b) the power specific speed if n=200 rev/min. P.6 Analyze the wind-powered- vehicle of Fig. P.6 with the following data: turbine diameter D= 6 ft, power coefficient (Fig. 11.32) = 0.3, vehicle CDA = 4.5 ft 2 , and turbine rotation 240 r/min. The vehicle moves directly into a head wind, W=25 mi/h. The wind backward thrust on the turbine is approximately, ≈ ( 2 ) 2 where Vrel is the air velocity relative to the turbine, and CT≈0.7. Eighty percent of the turbine power is delivered by gears to the wheels, to propel the vehicle. Estimate the sea-level vehicle velocity V, in mi/h. Fig. P.1 Fig. P-2 Fig. P.5 Fig. P.6
Transcript of MECANICA DE FLUIDOS II.- MEC2249 A. TRABAJO...
MECANICA DE FLUIDOS II.- MEC2249 A. TRABAJO PRACTICO No. 5 El estudiante debe resolver los 6 ejercicios que se exponen a continuación, de manera crítica y sistemática, aplicando conceptos, ecuaciones y consideraciones e hipótesis que fueren necesarias, cuando considere necesario puede usar software.
Docente: Emilio Rivera Chávez 09705/2018
P.1 Water for a Pelton wheel turbine flows from the head-water and through the penstock as shown in Fig. P1. The effective friction factor for the penstock, control valves, and the like is 0.032 and the diameter of the jet is 0.20 m. Determine the maximum power output.
P.2. - A sketch of the arithmetic mean radius blade sections of an axial-flow water turbine stage is shown in Fig. P-2. The rotor speed is 1500 rpm. (a) Sketch and label velocity triangles for the flow entering and leaving the rotor row. Use V for absolute velocity, W for relative velocity, and U for blade velocity. Assume flow enters and leaves each blade row at the blade angles shown. (b) Calculate the work per unit mass delivered at the shaft.
P.3.- Una turbina Francis de flujo radial tiene las siguientes dimensiones, donde la ubicación 1 es la entrada y la ubicación 2 es la salida: r1 = 6.60 ft, r2= 4.40 ft, b1 = 2.60 ft y b2=7.20 ft. Los ángulos de las aspas del rotor son β1 = 82° y β2 = 46° en la entrada y la salida de la turbina, respectivamente. El rotor gira a n=120 rpm. El caudal en las condiciones de diseño es 4.7x106gpm. En este análisis preliminar se ignoran las pérdidas irreversibles. Calcule el ángulo α1 por el que las aspas directrices deben desviar el flujo, donde α1 se mide desde la dirección tangencial en la entrada del rotor. a) Calcule el ángulo de movimiento giratorio α2, donde α2 se mide desde la dirección tangencial en la salida del rotor. ¿Esta turbina tiene movimiento giratorio en la dirección del giro del rotor o movimiento giratorio invertido? Prediga la potencia producida (hp) y la carga neta necesaria (ft).
b) Por medio del software, ajuste el ángulo del borde posterior de la aspa del rotor β2, sin modificar los otros parámetros, de modo que no haya movimiento giratorio en la salida de la turbina. Determine β2 y la potencia de flecha correspondiente.
P.4 Los datos siguientes se aplican a una turbina de agua de flujo axial: R0 = 6 pies; RH= 1/2 pie; RT = 3 pies; α =15o; b = 3 pies; Q = 6500 galones/s; HT=Z1 = 300 pies
No existe momento angular del agua dentro del tubo de fuga. a) Encuentre la potencia ideal desarrollada por la turbina utilizando cinco secciones de álabes, b) Encuentre β1, y β2 en la base y en la punta de los álabes.
P.5 Figure P.4 shows a cutaway of a cross-flow or “Banki” turbine, which resembles a squirrel cage with slotted curved blades. Report to the class on the operation and advantages of this design, including idealized velocity vector diagrams.
A simple cross-flow turbine, fig P.5, was constructed and tested at
the University of Rhode Island. The blades were made of PVC pipe
cut lengthwise into three 120°-arc pieces. When it was tested in water
at a head of 5.3 ft and a flow rate of 630 gal/min, the measured power
output was 0.6 hp. Estimate (a) the efficiency and (b) the power
specific speed if n=200 rev/min. P.6 Analyze the wind-powered-
vehicle of Fig.
P.6 with the following data: turbine diameter D= 6 ft, power coefficient
(Fig. 11.32) = 0.3, vehicle CDA = 4.5 ft2, and turbine rotation 240 r/min.
The vehicle moves directly into a head wind, W=25 mi/h. The wind
backward thrust on the turbine is approximately, 𝑇 ≈ 𝐶𝑇(𝜌
2)𝑉𝑟𝑒𝑙
2𝐴𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 where Vrel is the air velocity relative
to the turbine, and CT≈0.7. Eighty percent of the turbine power is delivered by gears to the wheels, to propel
the vehicle. Estimate the sea-level vehicle velocity V, in mi/h.
Fig. P.1
Fig. P-2
Fig. P.5
Fig. P.6
MECANICA DE FLUIDOS II.- MEC2249 A. TRABAJO PRACTICO No. 5 El estudiante debe resolver los 6 ejercicios que se exponen a continuación, de manera crítica y sistemática, aplicando conceptos, ecuaciones y consideraciones e hipótesis que fueren necesarias, cuando considere necesario puede usar software.
Docente: Emilio Rivera Chávez 09705/2018
