INFORME DE LABORATORIO N° 3

PRACTICA N° 3 TURBINA PELTON

WILSON CAMILO CORONADO BOBADILLA CÓD.: 4122568

INTRODUCCIÓN

La práctica de laboratorio permite ver el funcionamiento de la turbina Pelton que hace parte de las centrales hidroeléctricas, sabiendo que esta consiste en convertir la energía potencial del agua, proporcionada por las presas, canales hídricos o ríos en energía mecánica. En algunos casos se utiliza para ser propulsora de generadores eléctricos, que operan en la prestación de esté servicio a la comunidad.

MARCO TEÓRICO

Turbina Pelton:  La turbina Pelton tiene la peculiaridad de aprovechar solamente la energía cinética del fluido, pues no existe gradiente de presión entre la entrada y la salida de la máquina. La energía cinética del agua, en forma de chorro libre, se genera en una tobera colocada al final de la tubería a presión. La tobera está provista de una aguja de cierre para regular el gasto, constituyendo el conjunto el órgano de alimentación y de regulación de la turbina.

Las turbinas Pelton aumentan la velocidad del fluido mediante esta tobera, produciendo un chorro de agua rígido a gran velocidad hacia las paletas. Debido a la forma de éstas, el chorro gira en casi 180°, con lo cual se produce un cambio de momentum que se traspasa al eje. Este tipo de turbinas se encuentran constituidas por la tubería forzada, el distribuidor y el rodete, ya que carecen tanto de caja espiral como de tubo de aspiración o descarga. Dado que son turbinas diseñadas para operar a altos valores de H, la tubería forzada suele ser bastante larga,por lo que se debe diseñar con suficiente diámetro como para que no se produzca excesiva pérdida de carga del fluido entre el embalse y el distribuidor.

Distribuidor: El distribuidor de una turbina Pelton es una tobera o inyector, La misión del inyector es aumentar la energía cinética del fluido, disminuyendo la sección de paso,para maximizar la energía de fluido aprovechada en la turbina,ya que en el rodete de este tipo de turbinas sólo se intercambia energía cinética (tanto en la entrada al rodete, como a la salida de este, están abiertas a la atmósfera). De esta manera, no hay problema para que la sección de la tubería forzada sea mayor, haciendo esta transformación a energía cinética inmediatamente antes de la entrada del fluido al rodete.

Una turbina Pelton puede tener entre 1 y un máximo de 6 inyectores. Cuando tiene un solo inyector,el eje del rodete es normalmente horizontal. Cuando el número de inyectores es superior, el eje del rodete es normalmente vertical, con el alternador situado por encima. En este caso, la tubería forzada se bifurca tantas veces como número de inyectores, y cada inyector tiene su propia tubería independiente.

Imagen 1. Esquema del inyector de una turbina Pelton.

Fuente: http://cvb.ehu.es/open_course_ware/castellano/tecnicas/maquinas_fluidos/tema-6-turbinas-pelton.pdf

Imagen 2. Distribuidor o inyector de una turbina Pelton

Fuente: https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjY4u_I-MRBgykU1Tk3UvwVy6P72WMFz_LImQZ9ZX05OM0CGgVw2Q6PL6ITGoP-L9fpTOzUNhmJ2XoEDWZ3ZBICdSiln_MbfuU8cJk6lN6Ugd0pSOypA7cDAKUqW5kg8djkb1JPDA8ztMqo/s1600/3a.jpg

Rodete: El rodete de una turbina Pelton es una rueda con álabes en forma de cucharas o cangilones, con un diseño característico, situados en su perímetro exterior.Sobre estas cucharas es sobre las que incide el chorro del inyector,de tal forma que el choque del chorro se produce en dirección tangencial al rodete, para maximizar la potencia de propulsión (Pt).

Las cucharas tienen una forma característica a sección de entrada (1) y la sección de salida (2): presentan una mella en la parte externa, son simétricas en dirección axial, y presentan una cresta central afilada. Las dimensiones de las cucharas,y su número, dependen del diámetro del chorro que incide sobre ellas (d): cuanto menor sea ese diámetro más pequeñas serán las cucharas y mayor número de ellas se situarán en el rodete. La mella,con una anchura ligeramente superior al diámetro del chorro (típicamente, 1,1·d), tiene como función evitar el rechazo. El máximo aprovechamiento energético del fluido se obtiene cuando el chorro incide perpendicularmente sobre la cuchara. Pero, al girar el rodete, cuando se aparta una cuchara y llega la siguiente, ésta tapa a la anterior antes de estar en condiciones de aprovechar su energía adecuadamente. La mella evita que una cuchara tape a la anterior demasiado pronto.

Imagen 3. Esquema del rodete

Fuente: http://cvb.ehu.es/open_course_ware/castellano/tecnicas/maquinas_fluidos/tema-6-turbinas-pelton.pdf

Imagen 4. Modelo computacional de un rodete

Fuente: http://www.cec.uchile.cl/~jfiguero/pelton.html

Imagen 5. Vista frontal y sección lateral (izquierda) y sección inferior de una cuchara.

Fuente: http://cvb.ehu.es/open_course_ware/castellano/tecnicas/maquinas_fluidos/tema-6-turbinas-pelton.pdf

DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS

Fotografía 1. Modelo de demostración de turbina Pelton del laboratorio.

Este equipo es utilizado en la práctica para demostrar el funcionamiento de una turbina Pelton, el cual se apoya en una placa base que le proporciona estabilidad y esta a su vez va sobre el equipo HM 150, equipo que proporciona el bombeo de agua y alimenta la turbina.

DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA

1. Se hará el montaje del simulador de turbina Pelton sobre el equipo HM 150, equipo que le proporcionará el bombeo de agua y la recolecta de la misma.
2. Para la utilización del equipo se debe encender la bomba y se debe permitir el flujo de agua al máximo y con la rueda moleteada se debe graduar para permitir el flujo completo, se dejará un tiempo prudencial para dejar que el aire contenido en las cámara se disminuya al mínimo y después se puede hacer el uso del equipo estando en óptimas condiciones.
3. Para la primera toma de datos se debe soltar por completo el dispositivo de freno con el volante, de esta manera las balanzas se encontrarán descargadas y la correa no sera tirada hacia la polea.                                                                                                 Después se procede a la regulación de la aguja de la tobera girando la caperuza moleteada dejando el caudal constante al flujo máximo de 30.7 lts/min y por último se toman los datos de rpm, fuerza de frenado y presiones.
4. Para la segunda toma de datos el caudal se varia con la caperuza moleteada en cada una de las lineas de medición que permitirán cumplir con el cometido, se relacionará con las presiones establecidas y con respecto a la presión pedida se efectuará la toma del caudal correspondiente para que por último se puedan tomar los datos de rpm y fuerza.
5. Por último se  apagará el equipo y se dejará descargar el sistema para concluir con el laboratorio.

Fórmulas para la toma de datos:

TOMA DE DATOS

Primera toma de datos: Caudal al máximo 30,7 lts/min

Segunda toma de datos: Caudal variable.

ANÁLISIS DE DATOS

Primera toma de datos:

• Potencia (W) vs rpm:

• Par en el árbol de la turbina vs rpm:

Segunda toma de datos:

• Potencia (W) vs rpm:

• Par en el árbol de la turbina vs rpm:

Nota: El número de análisis restante del laboratorio no fue posible realizar a falta de toma de presiones en la primera toma de datos y en la segunda por la toma de caudales lo que impidió haber calculado la potencia hidráulica la altura en una parte y el grado de efectividad.

CONCLUSIONES

• Se pudo ver que cuando se tiene el caudal fijo, se denota un comportamiento similar en las gráficas: potencia en el árbol (Pab) vs rpm con par en el árbol (M) vs rpm. a medida que aumenta la potencia y el par las rpm disminuyen no considerablemente pero si progresivamente.
• Se puede determinar que mientras que incrementa la potencia en el árbol (Pab) y el par en el árbol (M) las rpm lo harán y de manera considerable.
• Se determinó por que los álabes de la turbina Pelton tienen una mella su función, adicional de cada una de las partes que la componen y le proporcionan propiedades.

BIBLIOGRAFÍA

• Guías del 3er laboratorio de máquina hidráulicas - Turbina Pelton-