Turbina Pelton - 2008I

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C PRÓLOGO La utilización de las turbinas en general y en este caso la Turbina Pelton, en la actualidad, ha permitido obtener energía eléctrica en la mayoría de los países que tienen una geografía adecuada para este tipo de turbinas. En vista de que en nuestro país existen centrales hidroeléctricas a base de turbinas Pelton, es necesario el conocimiento del funcionamiento del equipo. Para ello se estudia las características en el laboratorio. En el laboratorio se a podido obtener diferentes características del equipo, tales como la variación de la velocidad angular en función de la carga como el caudal; también las implicancias que existen en la eficiencia cuando se varia la presión de entrada (altura efectiva), también la variación de la eficiencia cuando el caudal cambia. Las relaciones mencionadas anteriormente se presentan en forma de gráficos los cuales permitirán el análisis con poca dificultad. Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C

PRÓLOGO

La utilización de las turbinas en general y en este caso la Turbina Pelton, en la actualidad, ha permitido obtener energía eléctrica en la mayoría de los países que tienen una geografía adecuada para este tipo de turbinas. En vista de que en nuestro país existen centrales hidroeléctricas a base de turbinas Pelton, es necesario el conocimiento del funcionamiento del equipo. Para ello se estudia las características en el laboratorio.

En el laboratorio se a podido obtener diferentes características del equipo, tales como la variación de la velocidad angular en función de la carga como el caudal; también las implicancias que existen en la eficiencia cuando se varia la presión de entrada (altura efectiva), también la variación de la eficiencia cuando el caudal cambia. Las relaciones mencionadas anteriormente se presentan en forma de gráficos los cuales permitirán el análisis con poca dificultad.

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C

INTRODUCCIÓN

La turbina Pelton debe su nombre a Lester Allan Pelton (1829-1908) quien buscando oro en California, concibió la idea de una rueda con cucharas periféricas que aprovechara la energía cinética de un chorro de agua, proveniente de una tubería de presión, incidiendo tangencialmente sobre la misma. Ensayó diversas formas de álabes hasta alcanzar una patente de la rueda en 1880, desde cuya fecha ha tenido gran desarrollo y aplicación.

Son conocidas también como turbinas tangenciales, de impulsión y es la turbina hidráulica apropiada para aprovechar grandes saltos de agua y caudales relativamente pequeños.

La Turbina Pelton, por la sencillez de su construcción y por razones de tipo hidrodinámico es la que tiene la máxima eficiencia entre todos los motores hidráulicos.Otra de sus cualidades es que permite el acoplamiento directo con los generadores eléctricos de alta velocidad, ya que puede proyectarse para elevadas velocidades tangenciales del rodete.

La dirección del chorro no es realmente axial ni radial sino que es casi tangencial y de aquí el nombre de ruedas tangenciales.

La admisión del agua tiene lugar por una o más toberas o boquillas que lanzan el agua a la rueda con cucharas que giran por este efecto de impacto de chorro.

El elemento constructivo mas importante de las turbinas Pelton es la paleta en forma de doble cuchara, en cierto modo, esta es como una doble paleta de una turbina de acción, el cual recibe el chorro exactamente en la arista media, en donde se divide en dos, circulando por la cavidad de la paleta en un arco de aproximadamente 180°, contrarrestando mutuamente los empujes axiales por cambio de dirección de los dos semichorros.

El recorte dado a las paletas tiene por objeto permitir la colocación de las boquillas muy próximas a las primeras de tal forma que el chorro alcance a las paletas en la dirección más conveniente.

La variación de la cantidad de agua (caudal) para la regulación de la potencia se consigue actualmente y casi sin excepción por medio de una aguja o punzón de forma especial, con cuyo accionamiento se puede estrangular la sección de la boquilla.

En instalaciones mas complicadas que las que nosotros vamos a ensayar se dispone además de un deflector o desviador de chorro , y que consiste en una superficie metálica que se introduce en medio del chorro y lo divide , desviando una parte del agua, haciendo que esta salga de la turbina sin producir efecto útil.

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

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OBJETIVO

Conocer en forma objetiva el funcionamiento de una Turbina Pelton.

Para diferentes caudales observar la variación en los diferentes parámetros.

EQUIPO UTILIZADO

Banco de pruebas de la Turbina Pelton. Regla graduada 30cm Tacómetro Digital

PROCEDIMIENTO SEGUIDO EN EL ENSAYO

a) Encendemos la bomba y regulamos la boquilla de emisión de agua a una presión

determinada (30, 40 y 50psi).

b) Medimos la altura en el linnimetro para calcular el caudal.

c) Medimos la fuerza en el dinamómetro cuando no hay carga.

d) Medimos la velocidad angular con ayuda del tacómetro cuando no hay carga.

e) Aplicamos carga al sistema (focos).

f) Medimos la fuerza y la velocidad angular.

g) Repetimos el procedimiento para las diferentes presiones.

h) Repetimos los pasos del b) al f) manteniendo una presión de 40 psi para distintos

caudales.

TABLA DE DATOS

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

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P=30 Psi P=40 Psi P=50 Psih linnimetro =11.5 cm h linnimetro =11 cm h linnimetro =10.4 cmCarga

( foco )F

( libf )

( rpm )Carga

( foco )F

( libf )

( rpm )Carga

( foco )F

( libf )

( rpm )vacío 2.9 1200 vacío 3.6 1400 vacío 4 1500

1 3.75 1175 1 4.7 1360 1 5.2 14602 4.4 1150 2 5.8 1330 2 6.1 14303 5.2 1125 3 6.4 1282 3 7 13904 5.9 1100 4 7.2 1250 4 7.8 13505 6.2 1075 5 7.6 1230 5 8.5 13206 6.75 1050 6 8.3 1225 6 9 12707 7.05 1025 7 8.65 1200 7 9.45 1240

P=40 Psi P=40 Psih linnimetro =10.25 cm h linnimetro =9.5 cmCarga

( foco )F

( libf )

( rpm )Carga

( foco )F

( libf )

( rpm )vacío 3.2 1370 vacío 2.8 1300

1 4.2 1330 1 3.75 12402 5.2 1290 2 4.4 12203 5.8 1250 3 4.9 11904 6.3 1220 4 5.4 11505 6.8 1200 5 5.75 11256 7.3 1180 6 6 11007 7.95 1150 7 6.9 1090

PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR LOS CÁLCULOS

a) Potencia Hidráulica (HPa)

……….(1)

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

D rodete ( in ) 11.375

2 ( ° ) 10k 0.9Cd ( coef. Descar) 0.68Cof. Velocidad 0.975L (brazo) ( in ) 3 agua 9810Φ de boquilla 3’’

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Donde: ρ: densidad del agua. g: aceleración de la gravedad. H: altura simulada o altura útil. Q: caudal

Donde VT: velocidad de entrada a la boquilla.

Donde Ae: área de entrada a la boquilla (Φ=3”)

Donde Cd: coeficiente de descarga (0.68) h: altura medida en el linnímetro (en metros)

b) Potencia del Rodete (HPr)

………….(2)

Donde: U: velocidad tangencial.Vch: velocidad del chorro.K=0.9

Β=10º

Donde: w: velocidad angular.rp = 4.8125”

c) Potencia al Freno (BHP)

……….(3)

Donde: Fd: fuerza medida en el dinamómetro.R=3”

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

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d) Eficiencia Mecánica (ηm) ……..(4)

e) Eficiencia Hidráulica (ηh) ……….(5)

f) Eficiencia Total (ηT) ……….(6)

TABLAS DE RESULTADOS

Para P=30psi h=11.5cm

Con la ayuda de las expresiones antes mencionadas se obtienen:

Con las expresiones (1), (2), (3), (4), (5) y (6) obtenemos el siguiente cuadro

Tabla 1:Carga

( foco )F

( libf )

( rpm )HPh ( W )

U ( m/s2)

HPr( W )

BHP( W )

h ( % )

m( % )

T( % )

T( Nm )

vacio 2.9 1200 895.46 18.15 251.68 123.52 28.11 49.08 13.79 0.9831 3.75 1175 895.46 17.78 301.20 156.40 33.64 51.93 17.47 1.2712 4.4 1150 895.46 17.40 348.39 179.60 38.91 51.55 20.06 1.4913 5.2 1125 895.46 17.02 393.24 207.65 43.92 52.80 23.19 1.7634 5.9 1100 895.46 16.64 435.77 230.36 48.66 52.86 25.73 2.0005 6.2 1075 895.46 16.26 475.97 236.57 53.15 49.70 26.42 2.1026 6.75 1050 895.46 15.88 513.84 251.57 57.38 48.96 28.09 2.2887 7.05 1025 895.46 15.51 549.37 256.50 61.35 46.69 28.64 2.390

Para P=40psi h=11cm

Con la ayuda de las expresiones antes mencionadas se obtienen:

Con las expresiones (1), (2), (3), (4), (5) y (6) obtenemos el siguiente cuadro

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

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Tabla 2:Carga

( foco )F

( libf )

( rpm )HPh ( W )

U ( m/s2)

HPr( W )

BHP( W )

h ( % )

m( % )

T( % )

T( Nm )

vacio 3.6 1400 1067.45 21.18 268.32 178.90 25.14 66.67 16.76 1.2201 4.7 1360 1067.45 20.57 351.41 226.88 32.92 64.56 21.25 1.5932 5.8 1330 1067.45 20.12 410.21 273.81 38.43 66.75 25.65 1.9663 6.4 1282 1067.45 19.39 498.06 291.23 46.66 58.47 27.28 2.1694 7.2 1250 1067.45 18.91 552.36 319.46 51.75 57.84 29.93 2.4405 7.6 1230 1067.45 18.61 584.56 331.81 54.76 56.76 31.08 2.5766 8.3 1225 1067.45 18.53 592.40 360.90 55.50 60.92 33.81 2.8137 8.65 1200 1067.45 18.15 630.35 368.44 59.05 58.45 34.52 2.932

Para P=50psi h=10.4cm

Con la ayuda de las expresiones antes mencionadas se obtienen:

Con las expresiones (1), (2), (3), (4), (5) y (6) obtenemos el siguiente cuadro

Tabla 3:Carga

( foco )F

( libf )

( rpm )HPh ( W )

U ( m/s2)

HPr( W )

BHP( W )

h ( % )

m( % )

T( % )

T( Nm )

vacio 4 1500 1159.14 22.69 420.33 212.97 36.26 50.67 18.37 1.3561 5.2 1460 1159.14 22.09 493.79 269.48 42.60 54.57 23.25 1.7632 6.1 1430 1159.14 21.63 545.85 309.62 47.09 56.72 26.71 2.0683 7 1390 1159.14 21.03 611.19 345.37 52.73 56.51 29.80 2.3734 7.8 1350 1159.14 20.42 671.90 373.76 57.97 55.63 32.24 2.6445 8.5 1320 1159.14 19.97 714.39 398.25 61.63 55.75 34.36 2.8816 9 1270 1159.14 19.21 779.40 405.71 67.24 52.05 35.00 3.0517 9.45 1240 1159.14 18.76 814.92 415.93 70.30 51.04 35.88 3.203

GRAFICAS A Q=CTE AL VARIAR H

GRAFICAS A 30 PSI

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

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POTENCIAS Vs RPM a 30 Psi Q=4.318 lt/s

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1010 1030 1050 1070 1090 1110 1130 1150 1170 1190 1210

VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

PO

TE

NC

IA

….

( W

)

HPr BHP HPh

HPr

HPh

BHP

vacío7 focos

Grafica 1:

EFICIENCIAS Vs RPM a 30 Psi Q=4.318 lt/s

10

20

30

40

50

60

70

1010 1030 1050 1070 1090 1110 1130 1150 1170 1190 1210

VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

EF

ICIE

NC

IA …

...

( %

)

nh nm nt

h

m

T

vacío7 focos

Grafica 2:

GRAFICAS A 40 PSI

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

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POTENCIAS Vs RPM a 40 Psi Q=3.864 lt/s

0

200

400

600

800

1000

1200

1190 1210 1230 1250 1270 1290 1310 1330 1350 1370 1390 1410

VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

PO

TE

NC

IA

….

( W

)

HPr BHP HPh

HPh

HPr

BHP

vacío7 focos

Grafica 3:

EFICIENCIAS Vs RPM a 40 Psi Q=3.864 lt/s

10

20

30

40

50

60

70

1190 1210 1230 1250 1270 1290 1310 1330 1350 1370 1390 1410

VELOCIDAD DE ROTACION h…... ( rpm )

EF

ICIE

NC

IA …

...

( %

)

nh nm nt

h

m

T

vacío7 focos

Grafica 4:

GRAFICAS A 50 PSI

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

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POTENCIAS Vs RPM a 50 Psi Q=3.359 lt/s

0

200

400

600

800

1000

1200

1220 1240 1260 1280 1300 1320 1340 1360 1380 1400 1420 1440 1460 1480 1500 1520

VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

PO

TE

NC

IA

….

( W

)

HPr BHP HPh

HPh

HPr

BHP

vacío7 focos

Grafica 5:

EFICIENCIAS Vs RPM a 50 Psi Q=3.359 lt/s

10

20

30

40

50

60

70

80

1220 1240 1260 1280 1300 1320 1340 1360 1380 1400 1420 1440 1460 1480 1500 1520

VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

EF

ICIE

NC

IA …

...

( %

)

nh nm nt

m

h

T

vacío7 focos

Grafica 6:

Para P=40psi h=10.25cm

Con la ayuda de las expresiones antes mencionadas se obtienen:

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

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Con las expresiones (1), (2), (3), (4), (5) y (6) obtenemos el siguiente cuadro

Tabla 4:Carga

( foco )F

( libf )

( rpm )HPh ( W )

U ( m/s2)

HPr( W )

BHP( W )

h ( % )

m( % )

T( % )

T( Nm )

vacio 3.2 1370 894.35 20.73 276.99 155.61 30.97 56.18 17.40 1.0851 4.2 1330 894.35 20.12 343.28 198.28 38.38 57.76 22.17 1.4242 5.2 1290 894.35 19.52 405.10 238.10 45.30 58.78 26.62 1.7633 5.8 1250 894.35 18.91 462.45 257.34 51.71 55.65 28.77 1.9664 6.3 1220 894.35 18.46 502.53 272.82 56.19 54.29 30.50 2.1355 6.8 1200 894.35 18.15 527.85 289.64 59.02 54.87 32.39 2.3056 7.3 1180 894.35 17.85 552.05 305.75 61.73 55.39 34.19 2.4747 7.95 1150 894.35 17.40 586.25 324.51 65.55 55.35 36.28 2.695

Para P=40psi h=9.5cm

Con la ayuda de las expresiones antes mencionadas se obtienen:

Con las expresiones (1), (2), (3), (4), (5) y (6) obtenemos el siguiente cuadro

Tabla 5: Carga

( foco )F

( libf )

( rpm )HPh ( W )

U ( m/s2)

HPr( W )

BHP( W )

h ( % )

m( % )

T( % )

T( Nm )

vacio 2.8 1300 739.40 19.67 322.25 129.20 43.58 40.09 17.47 0.9491 3.75 1240 739.40 18.76 393.41 165.05 53.21 41.95 22.32 1.2712 4.4 1220 739.40 18.46 415.28 190.54 56.16 45.88 25.77 1.4913 4.9 1190 739.40 18.00 446.34 206.97 60.37 46.37 27.99 1.6614 5.4 1150 739.40 17.40 484.53 220.42 65.53 45.49 29.81 1.8305 5.75 1125 739.40 17.02 506.52 229.61 68.50 45.33 31.05 1.9496 6 1100 739.40 16.64 527.06 234.27 71.28 44.45 31.68 2.0347 6.9 1090 739.40 16.49 534.87 266.96 72.34 49.91 36.10 2.339

GRAFICAS A H=CTE AL VARIAR Q

GRAFICAS A Q=3.864 LT/S

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POTENCIAS Vs RPM a 40 Psi Q=3.239 lt/s

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320 1340 1360 1380

VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

PO

TE

NC

IA

….

( W

)

HPr BHP HPh

HPh

HPr

BHP

vacío7 focos

Grafica 7:

EFICIENCIAS Vs RPM a 40 Psi Q=3.239 lt/s

10

20

30

40

50

60

70

1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320 1340 1360 1380

VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

EF

ICIE

NC

IA …

...

( %

)

nh nm nt

h

m

T

vacío7 focos

Grafica 8:

GRAFICAS A Q=2.678 LT/S

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

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POTENCIAS Vs RPM a 40 Psi Q=2.678 lt/s

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1080 1100 1120 1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320

VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

PO

TE

NC

IA

….

( W

)

HPr BHP HPh

HPh

HPr

BHP

vacío7 focos

Grafica 9:

EFICIENCIAS Vs RPM a 40 Psi Q=2.678 lt/s

10

20

30

40

50

60

70

80

1080 1100 1120 1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320

VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

EF

ICIE

NC

IA …

...

( %

)

nh nm nt

m

h

T

vacío7 focos

Grafica 10:

COMPARACION DE LAS POTENCIAS HA

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

Page 14: Turbina Pelton - 2008I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C

DISTINTOS Q Y H=CTE

POTENCIAS Vs RPM a 40 Psi

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400

VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

PO

TE

NC

IA

….

( W

)

HPh

HPr

BHP

Q=2.678

Q=3.239

Q=3.864 lt/s

_ _ _ _ Q=3.864 lt/s……… Q=3.239 lt/s_____ Q=2.678 lt/s_____ HPh_____ HPr_____ BHP

crecimiento de caudal

Grafica 11:

POT. AL EJE Vs RPM a 40 Psi

100

150

200

250

300

350

400

1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400

VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

PO

TE

NC

IA

….

( W

) BHP

Q=2.678 lt/s

Q=3.239

Q=3.864 lt/s

crecimiento de caudal

Grafica 12:

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

Page 15: Turbina Pelton - 2008I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C

POT. AL RODETE Vs RPM a 40 Psi

250

300

350

400

450

500

550

600

650

1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400

VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

PO

TE

NC

IA

….

( W

)

HPrQ=2.678 lt/s

Q=3.239

Q=3.864 lt/s crecimiento de caudal

Grafica 13:

POT. HIDRAULICA Vs RPM a 40 Psi

700

750

800

850

900

950

1000

1050

1100

1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400

VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

PO

TE

NC

IA

….

( W

)

HPh

Q=2.678

Q=3.239

Q=3.864 lt/s

crecimiento de caudal

Grafica 14:

COMPARACIÓN DE EFICIENCIAS HA

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

Page 16: Turbina Pelton - 2008I

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DISTINTOS Q Y H=CTE

EFICIENCIAS Vs RPM a 40 Psi

15

25

35

45

55

65

75

1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

EF

ICIE

NC

IA …

...

( %

)

m

h

T

Q=2.678 lt/s

Q=3.239 lt/s

Q=3.864 lt/screcimiento de caudal

_ _ _ _ Q=3.864 lt/s……… Q=3.239 lt/s_____ Q=2.678 lt/s_____ HPh_____ HPr_____ BHP

Grafica 15:

EFICIENCIA HIDRAULICA Vs RPM a 40 Psi

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

EF

ICIE

NC

IA …

...

( %

)

h

Q=2.678 lt/s

Q=3.239 lt/s

Q=3.864 lt/s

crecimiento de caudal

Grafica 16:

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

Page 17: Turbina Pelton - 2008I

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EFICIENCIA MECANICA Vs RPM a 40 Psi

35

40

45

50

55

60

65

70

1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

EF

ICIE

NC

IA …

...

( %

)

m

Q=2.678 lt/s

Q=3.239 lt/s

Q=3.864 lt/s

crecimiento de caudal

Grafica 17:

EFICIENCIA TOTAL Vs RPM a 40 Psi

16

19

22

25

28

31

34

37

1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

EF

ICIE

NC

IA …

...

( %

)

T

Q=2.678 lt/s

Q=3.239 lt/s

Q=3.864 lt/s

crecimiento de caudal

Grafica 18:

COMPARACIÓN DE LAS POTENCIAS HA

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

Page 18: Turbina Pelton - 2008I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C

DISTINTOS H Y Q=CTE

POTENCIAS Vs RPM a Q=cte

0

200

400

600

800

1000

1200

1010 1060 1110 1160 1210 1260 1310 1360 1410 1460 1510

VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

PO

TE

NC

IA

….

( W

)

HPh

HPr

BHP

H = 30 Psi

H = 40 Psi

H = 50 Psi

_ _ _ Q=30 Psi y Q=4.318 lt/s.…... Q=40 Psi y Q=3.864 lt/s____ Q=50 Psi y Q=3.359 lt/s____ HPh____ HPr____ BHP

crecimiento de Altura

Grafica 19:

POT. AL EJE Vs RPM a Q=cte

100

150

200

250

300

350

400

450

1010 1060 1110 1160 1210 1260 1310 1360 1410 1460 1510

VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

PO

TE

NC

IA

….

( W

)

BHP

H = 50 Psi Q=3.359 lt/s

H = 40 Psi Q=3.864 lt/s

H = 30 Psi Q=4.318 lt/s

crecimiento de Altura

Grafica 20:

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

Page 19: Turbina Pelton - 2008I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C

POT. AL RODETE Vs RPM a Q=cte

200

300

400

500

600

700

800

900

1010 1060 1110 1160 1210 1260 1310 1360 1410 1460 1510

VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

PO

TE

NC

IA

….

( W

)

HPr

H = 30 Psi Q=4.318 lt/s

H = 40 Psi Q=3.864 lt/s

H = 50 Psi Q=3.359

lt/s

crecimiento de Altura

Grafica 21:

POT. HIDRAULICA Vs RPM a Q=cte

700

750

800

850

900

950

1000

1050

1100

1150

1200

1010 1060 1110 1160 1210 1260 1310 1360 1410 1460 1510

VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

PO

TE

NC

IA

….

( W

)

HPh

H = 30 Psi Q=4.318 lt/s

H = 40 Psi Q=3.864 lt/s

H = 50 Psi Q=3.359

crecimiento de Altura

Grafica 22:

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

Page 20: Turbina Pelton - 2008I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C

COMPARACIÓN DE LAS EFICIENCIAS HADISTINTOS H Y Q=CTE

EFICIENCIAS Vs RPM a Q=cte

10

20

30

40

50

60

70

80

1010 1060 1110 1160 1210 1260 1310 1360 1410 1460 1510VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

EF

ICIE

NC

IA …

...

( %

)

m

h

T

crecimiento de altura

_ _ _ Q=30 Psi y Q=4.318 lt/s.…… Q=40 Psi y Q=3.864 lt/s____ Q=50 Psi y Q=3.359 lt/s____ HPh____ HPr____ BHP

Grafica 23:

EFICIENCIAS Vs RPM a Q=cte

20

30

40

50

60

70

1010 1060 1110 1160 1210 1260 1310 1360 1410 1460 1510VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

EF

ICIE

NC

IA …

...

( %

)

h

H = 30 Psi Q=4.318 lt/s

H = 40 Psi Q=3.864 lt/s

H = 50 Psi Q=3.359 lt/s

crecimiento de Altura

Grafica 24:

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

Page 21: Turbina Pelton - 2008I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C

EFICIENCIAS Vs RPM a Q=cte

40

45

50

55

60

65

70

1010 1060 1110 1160 1210 1260 1310 1360 1410 1460 1510VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

EF

ICIE

NC

IA …

...

( %

)

m

H = 30 Psi Q=4.318 lt/s

H = 40 Psi Q=3.864 lt/s

H = 50 Psi Q=3.359 lt/s

crecimiento de Altura

Grafica 25:

EFICIENCIAS Vs RPM a Q=cte

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

1010 1060 1110 1160 1210 1260 1310 1360 1410 1460 1510VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )

EF

ICIE

NC

IA …

...

( %

)

T

H = 30 Psi Q=4.318 lt/s

H = 40 Psi Q=3.864

H = 50 Psi Q=3.359 lt/s

crecimiento de Altura

Grafica 26:

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

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OBSERVACIONES

Se observó que dinamómetro tiene que estar alineado para tomar los valores de fuerza en forma correcta.

Nótese que el valor del caudal para la medición de 30psi es mayor que los valores de 40psi y 50psi debido a que se varió la aguja de emisión del chorro y se producen mayores perdidas.

Se presentaron problemas en el desarrollo las pruebas al ocurrir una falla en los rodamientos de la bomba por lo cual se tubo que realizar nuevamente al experiencia.

Nótese que en las pruebas al aumentar la presión el caudal callo ligeramente por lo que las comparaciones a caudal constante realizadas presentan un error, sin embargo hemos asumido que esta caída es despreciable con fines didácticos para lograr el análisis a caudal cantante.

CONCLUSIONES

Las gráficas tanto de potencia como de eficiencia en teoría tienen una tendencia parabólica hacia abajo. Nuestras gráficas presentan la parte de caída de las curvas teóricas.

La gráfica 23 demuestran que para una mayor altura de caída de agua, la turbina es más eficiente. Recordemos que las gráficas para 30psi no se pueden comparar con las anteriores.

Se aprecia que la eficiencia diminuye al incremento de la velocidad (rpm) y disminución de la carga.

Se aprecia que la eficiencia aumenta al incremento de altura de caída.

La eficiencia aumenta al incremento de caudal al igual que las potencias.

La eficiencia total máxima de la Turbina Pelton para los datos tomados está alrededor de 36.5%.

El troqué aumenta al incremento de carga y disminución la velocidad (rpm).

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

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RECOMENDACIONES

Se recomienda una mayor toma de datos para evaluar mejor la variación de la potencia con respecto a la velocidad de giro de la turbina.

Se recomienda la calibración del manómetro a la entrada de la turbina, con la finalidad de tomar datos más exactos.

Se recomienda esperar unos minutos antes de la toma de datos para dejar que el sistema se estabilice.

Se recomienda el uso adecuado de un tacómetro digital para la toma de datos con el fin de tomar datos más exactos.

Se recomienda tomar más datos con valores de carga más altos (más focos) para que el tramo ascendente de la tendencia parabólica se pueda apreciar.

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

Page 24: Turbina Pelton - 2008I

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ANEXO

BANCO DE PRUEBAS

El banco de pruebas de la Turbina Pelton, marca Armfield Hidraulic Engineering es de fabricación Inglesa y esta ubicado en el Laboratorio de Maquinas Térmicas e Hidráulicas de la Facultad de Ingeniería Mecánica.

LAS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL BANCO SON LAS SIGUIENTES:

Turbina Pelton:

Marca : Armifield Hydraulic Engineiring England. Tipo : Pelton MK2 Serie : 2061 Altura Nominal : 53m (175 pies) Velocidad Nominal : 1160 rpm Potencia Nominal : 5 HP

Motobomba:

Motor: Newman Motor INC.

- Tipo : 215 DD 181 BB

- Serie : P 424701

- Potencia : 7.5 HP

- Velocidad : 3600 rpm

- Frecuencia : 60 Hz

- Alimentación : 220 V Trifásica 19ª

Bomba: Sigmund Pump LTD.

- Tipo : N-NL3

- Serie : 147304

Manómetro : DIN

- Rango : 0 – 100 PSI

- Aproximación : 2 PSI

Tacómetro : Smith

- Rango : 0 – 2500 rpm

- Aprox : 50 rpm

Vertedero :

- Marca : Wyers triangular de 90°

- Rango : 0-30cm

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

Page 25: Turbina Pelton - 2008I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultad de Ingeniería Mecánica

TURBINA PELTON

CURSO : LAB. DE INGENIERÍA MECÁNICA II “ C ”

PROFESOR : ING. FRANCISCO SINCHI

ESTUDIANTES : HUAMÁN PAREDES RAFAELALEGRIA BARBOZA FRANKLINPOMA SOTO HENRY

FECHA DE PRESENTACIÓN:

27/06/08

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON

Page 26: Turbina Pelton - 2008I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C

UNI - 2008 - I

Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON