TURBINA PELTON
INTRODUCCION
Se realiza un estudio de tipo cuantitativo y cualitativo en
el cual se evidencian el funcionamiento de una turbina pelton. Como parte
inicial del análisis se realiza un montaje de accesorio con diferentes tipos de
caudal y de presión ajustando la fuerza para detener el movimiento del eje de
la turbina, esperando hasta que esta se
detenga luego se medirá el caudal. Luego se relaciona el caudal y la presión
para hallar la potencia además de la altura de la turbina. Finalmente se hacen
las curvas de la turbina para determinar
las características de la bomba.
MARCO
TEORICO
Las
turbinas pelton fueron inventadas por el ingeniero norteamericano Lester Allen
Pelton (1829 – 1908), el cual tuvo la idea de crear una rueda con cucharas
periféricas de tal manera que el chorro de agua a presión que viene de una
tubería golpea el centro de cada pala o cuchara que convierten la energía
cinética en energía mecánica siendo aprovechado este movimiento por un
generador el cual convierte la energía mecánica entregada por la turbina en
energía eléctrica aprovechando al máximo el empuje del agua .
Una
turbina consta de un distribuidor o boquilla, rodete, alabes o cucharas y
carcaza. Actualmente los alabes tienen
la forma de cuchara doble, con una arista diametral por la que incide el agua,
buscando un equilibrio dinámico de la máquina ya que se crea una desviación
simétrica en dirección axial.
La
turbina pelton aprovecha la energía cinética del agua que se da en forma de
chorro libre (las turbinas pelton también son conocidas como turbinas de chorro
libre), para obtener este chorro es necesario utilizar una tobera al final de
la tubería a presión, esta tobera regula el gasto por medio de una aguja de
cierre. Estas turbinas gracias a la tobera que poseen tienen la propiedad de
aumentar la velocidad del fluido, dando gran velocidad al chorro de agua que se
dirige hacia los alabes o cucharas,
gracias a este diseño que se tiene el chorro que se produce gira casi 180°
produciendo un cambio de momentum que se traspasa al eje.
El
material de los álabes debe resistir la fatiga, a la corrosión y a la erosión,
los cuales pueden ir de 17 a
26 número de cucharas por rueda según la velocidad especifica de la turbina,
pues si esta velocidad es alta el número de álabes es menor ya que el gasto es
grande, se exigen álabes mayores y por lo tanto caben menos en la periferia de
la rueda.
MATERIALES
USADOS
Para este
laboratorio fue utilizada una turbina pelton para realizar diferentes
mediciones de caudal, fuerzas, rpm y presiones.
Las
turbinas pelton constan de distintas partes, principalmente:
1. CARCAZA. Es una cubierta que evita que el agua salpique hacia los
lados fuera de la turbina, esta que se encuentra en el laboratorio permite
visualizar la acción del chorro o jet (este varía según el diseño de la
turbina), del inyector o chiflón sobre la rueda.
2. INYECTOR. Es el distribuidor de las
turbinas Pelton, donde se transforma la energía de presión del agua en energía
cinética, generalmente consta de una tobera y válvula de aguja.
3. TOBERA. Elemento donde se contrae el
chorro a la salida de la tubería dándole dirección y presión al agua.
4. VÁLVULA DE AGUJA. Regula el gasto de
salida mediante su apertura a través del desplazamiento de la aguja.
5. RODETE. Consiste en una rueda con un
número de cucharones también conocidos como álabes paralelamente dispuestos en
su periferia en dirección radial. Es impulsada por el flujo del inyector para
dirigir el chorro tangente a la circunferencia y hacia el centro de los
cucharones.
6. CUCHARONES o ÁLABES. En su centro
existe un divisor que fracciona al flujo entrante en dos porciones iguales con
el propósito de aprovechar mejor el chorro y la
operación del rodete.
Pudimos
observar que la turbina que se encuentra en la universidad consta de distintas
partes para facilitar el estudio que se pretende lograr, esta turbina además de
las partes ya mencionadas cuenta con un manómetro para observar la presión que
se está generando, un dispositivo de freno ajustable que permite ir cambiando
las revoluciones por minuto mediante una balanza de resorte que genera un freno
en el eje por medio de una correa.
PROCEDIMIENTO
A) Para
la primera parte del laboratorio se realizaron distintos procedimientos:
1. Se
soltó por completo la correa de freno y por medio del tacómetro digital se
obtuvieron las RPM libres.
2. Se
midió el caudal a 10
litros para observar las variaciones que se podrían
presentar en medio del laboratorio.
3. Por
medio del manómetro se observó la presión que iba a ser constante para toda
esta primera parte del experimento.
4. Se
hicieron 13 mediciones variando las fuerzas de freno que realizaban las
balanzas de resorte que se iban ajustando por medio del dispositivo de freno
ajustable, obteniendo de esta manera 2 mediciones de fuerza por medición y la
variación de RPM hasta llegar al freno absoluto.
5. En las
mediciones 5 y 13 se tomó a manera de ensayo el caudal que se presentaba para
confirmar que no era mayor el cambio a la primera toma.
B) En la
segunda parte del laboratorio se buscó por medio de 7 mediciones el caudal, las
RPM con la correa completamente libre, la presión que iba variando y de esta
manera las fuerzas que se iban presentando según el cambio de presión.
1. Se varió
la presión manualmente por medio del manómetro, al ir variando la válvula que
se encarga de la regulación de la tobera
2. Se
soltó por completo el correo que genera el freno y se tomaron las RPM libres.
3. Por
medio del dispositivo de freno ajustable y las correas se dejó completamente
frenado el eje y se observaron las fuerzas que las balanzas estaban generando.
4. En
cada 10 litros
se midió el caudal según la variación de presión que se manejaba.
Estos
cuatro pasos se realizaron las 7 mediciones que se hicieron.
Análisis
de resultados
Del anterior
practica de laboratorio se realizó el estudio de una turbina pelton donde se
quería encontrar las curvas características de esta para esto se realizaron
diferentes tomas de caudal y presión
además de diferentes fuerzas para detener el eje de la turbina donde se
registraron diferentes datos en la tabla 1.1 y 2.1.
Donde v es el
caudal H la altura de la turbina g la gravedad
es la
densidad para la primera ecuación y en la segunda v es el caudal y p es la presión solucionando esta ecuación y
con las gráficas dadas que se mencionan en las gráficas 1.2 a 2.2 y se obtienen
dos diferentes cálculos de potencia hidráulica donde en el primer caso cuando
el caudal y la presión es constante son
iguales para el caso dos cuando estos
dos varían los potenciales son diferentes donde
se dice que cambian por errores humanos en la toma de datos y variación
del montaje.
Para el primer
montaje como permanecen constantes la presión y el caudal no se encuentran
curvas si no una recta como se observa den las gráficas de los anexos.
Para el segundo
caso como varían estos datos cambiaron las gráficas y encontramos dos curvas donde
se observó que a medida que teníamos más revoluciones bajo el grado de
efectividad de la turbina.
CONCLUSIONES
-
La turbina pelton por su diseño y funcionamiento es la más
apropiada para altas caídas y caudales pequeños, de esta manera optimiza y
aumenta la potencia en la turbina.
-
El caudal en la primera parte del laboratorio tuvo
variaciones insignificantes dando de esta manera más seguridad al procedimiento
que se estaba realizando.
-
Si no varían el
caudal y la presión no podemos encontrar las curvas características de la
turbina
Bibliografía
·
CENGEL, Y, mrcanica de fluidos Ed. Mc Graw Hill, 2007
·
mott, mecánica de fluidos, masa y momento, 2005
·
INCROPERA, F Y DEWITT, D Fundamentos de mecánica de fluidos Ed.
Prentice Hall
·
Incropera, Frank P. y DeWitt, David P. Fundamentos de mecánica de
fluidos. Cuarta Edición. Editorial Prentice Hall. México, 1999. Cáp. 5. Pág 212
– 217.
AnexoS
PARTE 1
|
|
|
PAR M EN EL ÁRBOL
|
F.FRENADO (N)
|
RPM
|
|
M
|
0,0125
|
0,5
|
590
|
|
M
|
0,025
|
1
|
530
|
|
M
|
0,0375
|
1,5
|
480
|
|
M
|
0,05
|
2
|
415
|
|
M
|
0,0625
|
2,5
|
354
|
|
M
|
0,075
|
3
|
273
|
|
M
|
0,0875
|
3,5
|
174
|
|
M
|
0,1
|
4
|
95
|
|
M
|
0,1125
|
4,5
|
60
|
|
M
|
0,125
|
5
|
0
|
|
M
|
0,1325
|
5,3
|
0
|
|
|
|
Pab EN EL ÁRBOL TURBINA
|
|
P HYD
|
EFICIENCIA
|
0,49742
|
|
|
4,09333333
|
0,12151954
|
1,091706
|
|
|
5,11666667
|
0,21336274
|
1,782858
|
|
|
7,16333333
|
0,24888664
|
3,5269696
|
|
|
12,7916667
|
0,27572401
|
5,988675
|
|
|
27,63
|
0,21674539
|
0
|
|
|
43,4916667
|
0
|
