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FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA ACADÉMICO DE INGENIERÍA MECÁNICO ELECTRICA
M Á Q U I N A S H I D R Á U L I C A S
Daniel MARCELO
daniel.marcelo@udep.pe
Sección Energía
Universidad de Piura
www.udep.pe 1
ESTUDIO TEORICO DE LAS
TURBINAS PELTON
Las turbinas Pelton (de acción o tangenciales) son apropiadas para
grandes saltos y pequeños caudales, por lo cual sus números
específicos son bajos.
Otra particularidad es que su grado de reacción es cero, pues la
presión de entrada al rodete es igual a la de salida y además ésta es
igual a la presión atmosférica.
p1 = p2 = patm
ESTUDIO TEORICO DE LAS TURBINAS PELTON
La turbina Pelton se compone de los siguientes
elementos:
1. Inyectores
2. Deflector
3. Rodete
4. Carcasa
1. RODETE 2. INYECTOR 3. AGUJA
4. DEFLECTOR
ESTUDIO TEORICO DE LAS TURBINAS PELTON
ESTUDIO TEORICO DE LAS TURBINAS PELTON
ESTUDIO TEORICO DE LAS TURBINAS PELTON
ESTUDIO TEORICO DE LAS TURBINAS PELTON
SALTO NETO
ESTUDIO TEORICO DE LAS TURBINAS PELTON
ESTUDIO TEORICO DE LAS TURBINAS PELTON
ESTUDIO TEORICO DE LAS TURBINAS PELTON
La trayectoria de la partícula es tangencial, de manera que se verifica
siempre:
Si no hay rozamiento al ser el flujo de la cuchara de lamina libre
idealmente:
El valor de la velocidad con la que sale del chorro tiene el valor de:
Además la turbina Pelton alcanza su rendimiento máximo cuando
u1=1/2C1; aunque en la práctica suele alcanzarse para una velocidad
un poco más baja:
21 uu
21 ww
gH.c 29701
gH.u 24501
ESTUDIO TEORICO DE LAS TURBINAS PELTON
DETERMINACIÓN DE LAS DIMENSIONES
PRINCIPALES
Generalmente son datos el caudal (Q), la altura neta (H)
y la velocidad de rotación.
La expresión de diámetro queda definido por:
d, diámetro del chorro
j, número de chorros
21
1
4/
jC
Qd
ESTUDIO TEORICO DE LAS TURBINAS PELTON
Los límites para el diámetro de la rueda D demuestran que está
entre 6 y 80 veces el diámetro del chorro. La experiencia demuestra
que los mejores rendimientos se obtienen para diámetros de la rueda
que van de 8 a 15 veces el del chorro.
Las dimensiones de las cucharas son proporcionales al diámetro del
chorro. Para evitar una destrucción rápida de la arista media, el
ángulo no debe ser inferior a 20º, el ángulo de 8 a 12 grados; no
puede ser mas pequeño pues el agua que sale de una cuchara no debe
golpear la siguiente.
dDDp
6
72 dDpDe
ESTUDIO TEORICO DE LAS TURBINAS PELTON
ESTUDIO TEORICO DE LAS TURBINAS PELTON
NUMERO DE CUCHARAS.
El número de cucharas es función inversa del ns, así un aumento
del numero específico conduce a una disminución del número de
cucharas. En la práctica se obtienen buenos resultados haciendo
uso de la relación dada por A. Ribaux:
d
Dz
215
ESTUDIO TEORICO DE LAS TURBINAS PELTON
ORIENTACIÓN DE LA CUCHARA La arista (intersección
de las caras internas
de la cuchara) no es
radial, sino inclinada
respecto al chorro, y
tanto más inclinada
cuando mayor es el ns.
Esta arista es
perpendicular a la
dirección de la
velocidad relativa w,
cuando el centro de
gravedad del tronco de
chorro destinado a la
cuchara considerada,
toma contacto con ella.
ESTUDIO TEORICO DE LAS TURBINAS PELTON
ESTUDIO TEORICO DE LAS TURBINAS PELTON
CARACTERTICAS DEL CHORRO
Se compone de una zona central convergente, constituida solo
de agua; y una zona de sección anular, compuesta de agua y
aire. Los factores que influyen son la geometría del inyector,
convergencia de la tobera, carrera de la aguja, número de
Reynolds, tensión superficial del líquido.
ESTUDIO TEORICO DE LAS TURBINAS PELTON
AGUJA
Actualmente las agujas de inyección se fabrican de una forma
cónica y un ángulo relativamente elevado (40 a 50º). La tobera
es igualmente cónica de ángulo 60 a 90º.
ESTUDIO TEORICO DE LAS TURBINAS PELTON
DIMENSIONES TURBINA PELTON
Zona de acción de
las turbinas Pelton
Zona de
acción
de las
turbinas
Pelton
Primeros modelos de turbina Pelton
Primeros modelos de turbina Pelton
Primeros modelos de
turbina Pelton
Primeros modelos de turbina Pelton
Primeros modelos
de turbina Pelton
Ejemplo de turbina Pelton de eje horizontal
con dos inyectores
Turbina Pelton de eje vertical, en la que se
aprecia uno de los inyectores. En una
turbina Pelton de eje horizontal, el número
máximo de inyectores es 6.
Aquí se aprecia la parte externa de una
central con turbina Pelton. En este caso se
trata de una turbina de eje horizontal con dos
inyectores, uno de los cuales no se aprecia en
la foto.
Carcasa del
rodete
inyector
Aquí se aprecia la parte externa de una
central con turbina Pelton. En estos casos se
trata de turbinas de eje horizontal con dos
inyectores respectivamente.
Rodete de turbina Pelton de eje vertical. Se
aprecia además los inyectores.
rodete
inyectores
Fase de fabricación de un rodete
de turbina Pelton.
Fase de fabricación de
un rodete de turbina
Pelton. En esta foto se
esta verificando las
dimensiones adecuadas
del rodete
Rodete Pelton terminado. Se puede comparar
el tamaño de la persona con la dimensión del
rodete. En este caso aproximadamente de
2500 mm de diámetro.
Fase previa a la instalación de un rodete de
turbina Pelton de eje horizontal. Se aprecia
además los inyectores.
Fabricación de
rodete Pelton
por el método
MICROGUSS,
tecnología
usada
recientemente
en la
repotenciación
de centrales
hidráulicas
Instalación del inyector de una turbina Pelton
Detalle de la aguja del inyector de rodete Pelton
Detalle de la
sección de
salida del
inyector de una
turbina Pelton
Foto en la que se muestra el chorro de agua al hacer impacto en la
cuchara de una rueda Pelton
Detalle en el que se
muestra el inyector de la
turbina Pelton y el rodete
de la turbina
inyector
rodete
Detalle en el que se
muestra el inyector de la
turbina Pelton y el rodete
de la turbina
inyector
rodete
Fases en el diseño de las cucharas de una rueda Pelton
Rodete Pelton manufacturado
Instalación de un rodete
Pelton doble. Se
aprecia el generador de
la central e inyector
generador
inyector
rodetes
Detalle de una central con turbina Pelton de
eje vertical, de cuatro inyectores. Se puede
apreciar además el rodete de la turbina
Detalle de una instalación con turbina
Pelton, de eje vertical de seis inyectores.
En esta foto se aprecia la fase para la
colocación del rodete
Turbina Pelton de eje horizontal en el
que se aprecia el rodete y los inyectores
Instalación de una
central hidroeléctrica
con turbina Pelton.
En la foto se aprecia
turbinas de eje
horizontal, de dos
inyectores
Aplicación de la turbina Pelton a minicentrales
COMPLEJO HIDROELECTRICO DEL MANTARO
Represa de Tablachaca
Vista de la complejo
hidroeléctrico del
Mantaro
CENTRAL HIDROELECTRICA DEL MANTARO
Casa de máquinas de la central Santiago Antunez
de Mayolo
CENTRAL HIDROELECTRICA DEL MANTARO
Casa de máquinas de la central Restitución
Ing. Daniel MARCELO Turbina Pelton