Turbinas Pelton

Marco TericoTurbina Pelton

Las turbinas Pelton son turbinas de chorro libre que se acomodan a la utilizacin de saltos de agua con mucho desnivel y caudales relativamente pequeos, con mrgenes de empleo entre 60 y 1500 metros, consiguindose rendimientos mximos del orden del 90 %.

Los elementos constructivos de que constan son:

a) Cazoletas. En una rueda Pelton la direccin del chorro no es ni axial ni radial, sino tangencial; el elemento constructivo ms importante es la cazoleta en forma de doble cuchara, que recibe el chorro exactamente en su arista media donde se divide en dos, circulando por su cavidad y recorriendo hasta la salida casi un ngulo de 180.

El agua que sale de la cazoleta cae libremente una cierta altura, pasando al cauce inferior.

b) Inyector. El inyector es el rgano regulador del caudal del chorro; consta de una vlvula de aguja cuya carrera determina el grado de apertura del mismo; para poder asegurar el cierre, el dimetro mximo de la aguja tiene que ser superior al de salida del chorro.La variacin del caudal del chorro para regular la potencia se consigue mediante una aguja de forma especial, con cuyo accionamiento se puede estrangular la seccin de salida de la boquilla; su regulacin puede ser manual o automtica mediante un servomotor.

Tiene adems otro sistema de regulacin por desviacin del chorro, que consiste en una superficie metlica llamada deflector, que se introduce en medio del chorro, dividindolo y desviando una parte del mismo, de forma que en vez de dirigirse contra las cazoletas, salga lateralmente sin producir ningn efecto til. De esta forma se evitan sobrepresiones en la tubera, por cuanto el caudal que circula por esta continua siendo el mismo.Cuando se dispone de un solo inyector, el rodete tiene el eje de giro horizontal y el eje de salida del chorro es tangente horizontal, inferior a la circunferencia del rodete, cuyo dimetro se denomina dimetro Pelton, cayendo el agua a la salida de las cucharas al fondo de la turbina, sin interferir el giro de la rueda.

RegulacinPara mantener constante la velocidad de la turbina, el caudal inyectado tiene que adaptarse en cada instante al valor de la carga, por lo que la posicin del inyector tiene que ajustarse mediante un regulador que acta segn la velocidad de la turbina y en el caso ms general, en forma automtica.Cuando se utilizan grandes caudales de agua y se emplea un solo inyector, las cazoletas resultan muy grandes y pesadas; tambin se encuentra el inconveniente de que toda la fuerza tangencial se ejerce en un solo punto de la rueda, lo que representa un desequilibrio dinmico.

En consecuencia, conviene hacer el montaje de dos o ms inyectores cuando el caudal lo requiera, por lo que las cazoletas estarn menos cargadas y, por lo tanto, sern ms pequeas.El par motor se distribuye ms uniformemente sobre la periferia de la rueda, aumenta el nmero especfico de revoluciones y a igualdad de dimetro del rodete, la turbina adquiere una velocidad angular mayor.

Equipos Utilizados01 mesa de trabajo.

01 turbina pelton con un inyector regulable.01 manmetro.

01 dinammetro.

01 tina de trabajo.

01 cronometro.

01 tacmetro.

DATOS OBTENIDOSInyector = 0

Caudal Q = 0,59 l/s

P (bar )Giro ( rpm )F ( Newton )Pot Hidr (vatios)T( Nm ) W (V Angular)Pot Eje (vatios)Eficien N

0.201010.100.0072.220.00105.780.000.00

0.20982.605.0072.220.13102.9013.070.18

0.20978.808.0072.220.20102.5020.830.29

0.20927.4010.0072.220.2597.1224.670.34

0.20909.3014.0072.220.3695.2233.860.47

0.20875.2016.0072.220.4191.6537.250.52

Grafica rpm vs potencia al eje

Grafica Potencia al eje vs eficiencia

Inyector = 2

Caudal Q = 0,65 l/s

P (bar )Giro ( rpm )F ( Newton )Pot Hidr (vatios)T( Nm ) W (V Angular)Pot Eje (vatios)Eficien N

0.301200.000.00119.340.00125.660.000.00

0.301140.005.00119.340.13119.3815.160.13

0.301105.408.00119.340.20115.7623.520.20

0.301094.7010.00119.340.25114.6429.120.24

0.301068.9014.00119.340.36111.9439.800.33

0.301037.0016.00119.340.41108.5944.130.37

Grafica rpm vs potencia al eje

Grafica de potencia al eje vs eficiencia

Observaciones:En laboratorio se realizaron las pruebas con una turbina pelton tipo horizontal (toma este nombre por la posicin del eje, para este caso horizontal al suelo).

Para turbinas horizontales generalmente se usa de 1 a 2 inyectores, para turbinas verticales hasta 6 inyectores.La potencia que pueda entregar la turbina va a depender del nmero de inyectores.

Se efectuaron las pruebas con una turbina pelton que es utilizada en saltos de agua de gran altura.En la experiencia del laboratorio se convirti la energa hidrulica en energa mecnica.En el caso que nuestra turbina se encuentre conectada a un generador, la tensin generada va a depender de la velocidad de giro

Mediante la aguja ubicada en el inyector podemos variar el caudal del chorro, para regular la potencia.

El inyector va a ir variando para mantener constante la velocidad de giro de la turbina y en consecuencia mantener constante la tensin generada.

Se calcul la potencia al eje con el mtodo de los dos dinammetros (por la fuerza de friccin, es decir, la diferencia de las lecturas de los dinammetros), esta fuerza multiplicada, por el radio de la volante obtuvimos el torque, este producto por la velocidad angular obtenemos la potencia al eje.

Las rpm se midieron haciendo uso de un tacmetro.El caudal se obtuvo por diferencia de volmenes y tomando el tiempo con un cronometro, es decir, litros sobre segundo.

Conclusiones:Comparando los datos obtenidos a diferente caudal, se concluy que, la potencia el eje aumenta a medida que el caudal aumenta.

A medida que la velocidad especifica aumenta se tiene que la potencia al eje aumenta.A medida que aumenta la velocidad de rotacin se tiene una disminucin de la potencia al eje.

EMBED Excel.Chart.8 \s




_1441741454.xlsGrfico1

0

0.1809575405

0.2884123601

0.3415836008

0.468883713

0.5157713476

Eficien N

Potencia al eje

Eficiencia

Hoja1

Posicion 03

Caudal Q = 0,61 l/s0.61

Presion - H (bar )Giro - n -( rpm )Fuerza - F -( Newton )Potencia HidraulicaTorque -T -( Newton )Velocidad Angular WPotencia EjeEficiencia N

0.2824590104.52960257.5064800

0.262068.6597.06320.127216.62379227.5112215840.2834361693

0.241873789.59680.1778196.1405634.8737915680.3892303248

0.231724.21085.86360.254180.55822445.8617888960.5341237602

0.2214141582.13040.381148.0740856.416224480.6869103825

0.211321974.6640.4826118.5430457.2088711040.7662176029

Presion Hidraulica = QH = 1000 Kg/m31000

Q = m3/s0.001

H = m10.2

Medida diametro polea pulgadas1

1 pulgada en m0.0254

Posicion 05

Caudal Q = 0,62 l/s0.62

Presion (bar )Giro ( rpm )Fuerza ( Newton )Potencia HidraulicaTorque -T -( Newton )Velocidad Angular WPotencia EjeEficiencia N

0.282526.60106.24320264.58555200

0.262263398.65440.0762236.9813618.0579796320.1830428205

0.241946.5791.06560.1778203.8374836.2423039440.3979801807

0.221703.51083.47680.254178.3905245.311192080.5427998208

0.211452.81579.68240.381152.13721657.9642792960.7274414337

0.212471975.8880.4826130.5858463.0207263840.8304438961

Posicion 10

Caudal Q = 0,59 l/s0.59


0.282632.90101.10240275.71728800

0.262462493.88080.1016257.8206426.1945770240.2790195335

0.242145.5886.65920.2032224.6767645.6543176320.5268259761

0.21904.81272.2160.3048199.47065660.79865594880.8419000768

0.1916811568.60520.381176.0343267.069075920.977609218

Hoja2

Inyector = 0

Caudal Q = 0,59 l/s

P (bar )Giro ( rpm )F ( Newton )Pot Hidr (vatios)T( Nm )W (V Angular)Pot Eje (vatios)Eficien N

0.201010.100.0072.220.00105.780.000.00

0.20982.605.0072.220.13102.9013.070.18

0.20978.808.0072.220.20102.5020.830.29

0.20927.4010.0072.220.2597.1224.670.34

0.20909.3014.0072.220.3695.2233.860.47

0.20875.2016.0072.220.4191.6537.250.52

Hoja2

Pot Eje (vatios)

rpm

Potencia Eje

Hoja3

Eficien N

Potencia al eje

Eficiencia

Hoja4

Inyector = 2

Caudal Q = 0,65 l/s


0.301200.000.00119.340.00125.660.000.00

0.301140.005.00119.340.13119.3815.160.13

0.301105.408.00119.340.20115.7623.520.20

0.301094.7010.00119.340.25114.6429.120.24

0.301068.9014.00119.340.36111.9439.800.33

0.301037.0016.00119.340.41108.5944.130.37

Hoja4

Potencia Eje

rpm

Potencia al eje

Hoja5

Eficiencia N

Potencia al eje

Eficiencia

Hoja6

Posicion 03

Caudal Q = 0,61 l/s


0.282459.000.00104.530.00257.510.000.00

0.262068.605.0097.060.13216.6227.510.28

0.241873.007.0089.600.18196.1434.870.39

0.231724.2010.0085.860.25180.5645.860.53

0.221414.0015.0082.130.38148.0756.420.69

0.21132.0019.0074.660.48118.5457.210.77

Hoja6

Potencia Eje

rpm

Potencia al eje

Eficiencia N

Potencia al eje

Eficiencia

Posicion 05

Caudal Q = 0,62 l/s


0.282526.600.00106.240.00264.590.000.00

0.262263.003.0098.650.08236.9818.060.18

0.241946.507.0091.070.18203.8436.240.40

0.221703.5010.0083.480.25178.3945.310.54

0.211452.8015.0079.680.38152.1457.960.73

0.21247.0019.0075.890.48130.5963.020.83

Potencia Eje

rpm

Potencia al eje

Eficiencia N

Potencia al eje

Eficiencia

Posicion 10

Caudal Q = 0,59 l/s


0.282632.900.00101.100.00275.720.000.00

0.262462.004.0093.880.10257.8226.190.28

0.242145.508.0086.660.20224.6845.650.53

0.21904.8012.0072.220.30199.4760.800.84

0.191681.0015.0068.610.38176.0367.070.98

Potencia Eje

rpm

Potencia al eje

Eficiencia N

Potencia al eje

Eficiencia


0

13.068029744

20.8279869952

24.667801312

33.8609062176

37.2469436416

Pot Eje (vatios)

rpm

Potencia Eje

Hoja1

Posicion 03

Caudal Q = 0,61 l/s0.61


0.2824590104.52960257.5064800

0.262068.6597.06320.127216.62379227.5112215840.2834361693

0.241873789.59680.1778196.1405634.8737915680.3892303248

0.231724.21085.86360.254180.55822445.8617888960.5341237602

0.2214141582.13040.381148.0740856.416224480.6869103825

0.211321974.6640.4826118.5430457.2088711040.7662176029


Q = m3/s0.001

H = m10.2



Posicion 05

Caudal Q = 0,62 l/s0.62


0.282526.60106.24320264.58555200

0.262263398.65440.0762236.9813618.0579796320.1830428205

0.241946.5791.06560.1778203.8374836.2423039440.3979801807

0.221703.51083.47680.254178.3905245.311192080.5427998208

0.211452.81579.68240.381152.13721657.9642792960.7274414337

0.212471975.8880.4826130.5858463.0207263840.8304438961

Posicion 10

Caudal Q = 0,59 l/s0.59


0.282632.90101.10240275.71728800

0.262462493.88080.1016257.8206426.1945770240.2790195335

0.242145.5886.65920.2032224.6767645.6543176320.5268259761

0.21904.81272.2160.3048199.47065660.79865594880.8419000768

0.1916811568.60520.381176.0343267.069075920.977609218

Hoja2

Inyector = 0

Caudal Q = 0,59 l/s


0.201010.100.0072.220.00105.780.000.00

0.20982.605.0072.220.13102.9013.070.18

0.20978.808.0072.220.20102.5020.830.29

0.20927.4010.0072.220.2597.1224.670.34

0.20909.3014.0072.220.3695.2233.860.47

0.20875.2016.0072.220.4191.6537.250.52

Hoja2

Pot Eje (vatios)

rpm

Potencia Eje

Hoja3

Eficien N

Potencia al eje

Eficiencia

Hoja4

Inyector = 2

Caudal Q = 0,65 l/s


0.301200.000.00119.340.00125.660.000.00

0.301140.005.00119.340.13119.3815.160.13

0.301105.408.00119.340.20115.7623.520.20

0.301094.7010.00119.340.25114.6429.120.24

0.301068.9014.00119.340.36111.9439.800.33

0.301037.0016.00119.340.41108.5944.130.37

Hoja4

Potencia Eje

rpm

Potencia al eje

Hoja5

Eficiencia N

Potencia al eje

Eficiencia

Hoja6

Posicion 03

Caudal Q = 0,61 l/s


0.282459.000.00104.530.00257.510.000.00

0.262068.605.0097.060.13216.6227.510.28

0.241873.007.0089.600.18196.1434.870.39

0.231724.2010.0085.860.25180.5645.860.53

0.221414.0015.0082.130.38148.0756.420.69

0.21132.0019.0074.660.48118.5457.210.77

Hoja6

Potencia Eje

rpm

Potencia al eje

Eficiencia N

Potencia al eje

Eficiencia

Posicion 05

Caudal Q = 0,62 l/s


0.282526.600.00106.240.00264.590.000.00

0.262263.003.0098.650.08236.9818.060.18

0.241946.507.0091.070.18203.8436.240.40

0.221703.5010.0083.480.25178.3945.310.54

0.211452.8015.0079.680.38152.1457.960.73

0.21247.0019.0075.890.48130.5963.020.83

Potencia Eje

rpm

Potencia al eje

Eficiencia N

Potencia al eje

Eficiencia

Posicion 10

Caudal Q = 0,59 l/s


0.282632.900.00101.100.00275.720.000.00

0.262462.004.0093.880.10257.8226.190.28

0.242145.508.0086.660.20224.6845.650.53

0.21904.8012.0072.220.30199.4760.800.84

0.191681.0015.0068.610.38176.0367.070.98

Potencia Eje

rpm

Potencia al eje

Eficiencia N

Potencia al eje

Eficiencia


0

15.1613616

23.5219215616

29.117793936

39.8041599648

44.132861696

Pot Eje (vatios)

rpm

Potencia al eje

Hoja1

Posicion 03

Caudal Q = 0,61 l/s0.61


0.2824590104.52960257.5064800

0.262068.6597.06320.127216.62379227.5112215840.2834361693

0.241873789.59680.1778196.1405634.8737915680.3892303248

0.231724.21085.86360.254180.55822445.8617888960.5341237602

0.2214141582.13040.381148.0740856.416224480.6869103825

0.211321974.6640.4826118.5430457.2088711040.7662176029


Q = m3/s0.001

H = m10.2



Posicion 05

Caudal Q = 0,62 l/s0.62


0.282526.60106.24320264.58555200

0.262263398.65440.0762236.9813618.0579796320.1830428205

0.241946.5791.06560.1778203.8374836.2423039440.3979801807

0.221703.51083.47680.254178.3905245.311192080.5427998208

0.211452.81579.68240.381152.13721657.9642792960.7274414337

0.212471975.8880.4826130.5858463.0207263840.8304438961

Posicion 10

Caudal Q = 0,59 l/s0.59


0.282632.90101.10240275.71728800

0.262462493.88080.1016257.8206426.1945770240.2790195335

0.242145.5886.65920.2032224.6767645.6543176320.5268259761

0.21904.81272.2160.3048199.47065660.79865594880.8419000768

0.1916811568.60520.381176.0343267.069075920.977609218

Hoja2

Inyector = 0

Caudal Q = 0,59 l/s


0.201010.100.0072.220.00105.780.000.00

0.20982.605.0072.220.13102.9013.070.18

0.20978.808.0072.220.20102.5020.830.29

0.20927.4010.0072.220.2597.1224.670.34

0.20909.3014.0072.220.3695.2233.860.47

0.20875.2016.0072.220.4191.6537.250.52

Hoja2

Pot Eje (vatios)

rpm

Potencia Eje

Hoja3

Eficien N

Potencia al eje

Eficiencia

Hoja4

Inyector = 2

Caudal Q = 0,65 l/s


0.301200.000.00119.340.00125.660.000.00

0.301140.005.00119.340.13119.3815.160.13

0.301105.408.00119.340.20115.7623.520.20

0.301094.7010.00119.340.25114.6429.120.24

0.301068.9014.00119.340.36111.9439.800.33

0.301037.0016.00119.340.41108.5944.130.37

Hoja4

Pot Eje (vatios)

rpm

Potencia al eje

Hoja5

Eficien N

Potencia al eje

Eficiencia

Hoja6

Posicion 03

Caudal Q = 0,61 l/s


0.282459.000.00104.530.00257.510.000.00

0.262068.605.0097.060.13216.6227.510.28

0.241873.007.0089.600.18196.1434.870.39

0.231724.2010.0085.860.25180.5645.860.53

0.221414.0015.0082.130.38148.0756.420.69

0.21132.0019.0074.660.48118.5457.210.77

Hoja6

Potencia Eje

rpm

Potencia al eje

Eficiencia N

Potencia al eje

Eficiencia

Posicion 05

Caudal Q = 0,62 l/s


0.282526.600.00106.240.00264.590.000.00

0.262263.003.0098.650.08236.9818.060.18

0.241946.507.0091.070.18203.8436.240.40

0.221703.5010.0083.480.25178.3945.310.54

0.211452.8015.0079.680.38152.1457.960.73

0.21247.0019.0075.890.48130.5963.020.83

Potencia Eje

rpm

Potencia al eje

Eficiencia N

Potencia al eje

Eficiencia

Posicion 10

Caudal Q = 0,59 l/s


0.282632.900.00101.100.00275.720.000.00

0.262462.004.0093.880.10257.8226.190.28

0.242145.508.0086.660.20224.6845.650.53

0.21904.8012.0072.220.30199.4760.800.84

0.191681.0015.0068.610.38176.0367.070.98

Potencia Eje

rpm

Potencia al eje

Eficiencia N

Potencia al eje

Eficiencia


0

0.1270434188

0.1971000634

0.2439902291

0.3335357798

0.3698077903

Eficien N

Potencia al eje

Eficiencia

Hoja1

Posicion 03

Caudal Q = 0,61 l/s0.61


0.2824590104.52960257.5064800

0.262068.6597.06320.127216.62379227.5112215840.2834361693

0.241873789.59680.1778196.1405634.8737915680.3892303248

0.231724.21085.86360.254180.55822445.8617888960.5341237602

0.2214141582.13040.381148.0740856.416224480.6869103825

0.211321974.6640.4826118.5430457.2088711040.7662176029


Q = m3/s0.001

H = m10.2



Posicion 05

Caudal Q = 0,62 l/s0.62


0.282526.60106.24320264.58555200

0.262263398.65440.0762236.9813618.0579796320.1830428205

0.241946.5791.06560.1778203.8374836.2423039440.3979801807

0.221703.51083.47680.254178.3905245.311192080.5427998208

0.211452.81579.68240.381152.13721657.9642792960.7274414337

0.212471975.8880.4826130.5858463.0207263840.8304438961

Posicion 10

Caudal Q = 0,59 l/s0.59


0.282632.90101.10240275.71728800

0.262462493.88080.1016257.8206426.1945770240.2790195335

0.242145.5886.65920.2032224.6767645.6543176320.5268259761

0.21904.81272.2160.3048199.47065660.79865594880.8419000768

0.1916811568.60520.381176.0343267.069075920.977609218

Hoja2

Inyector = 0

Caudal Q = 0,59 l/s


0.201010.100.0072.220.00105.780.000.00

0.20982.605.0072.220.13102.9013.070.18

0.20978.808.0072.220.20102.5020.830.29

0.20927.4010.0072.220.2597.1224.670.34

0.20909.3014.0072.220.3695.2233.860.47

0.20875.2016.0072.220.4191.6537.250.52

Hoja2

Pot Eje (vatios)

rpm

Potencia Eje

Hoja3

Eficien N

Potencia al eje

Eficiencia

Hoja4

Inyector = 2

Caudal Q = 0,65 l/s


0.301200.000.00119.340.00125.660.000.00

0.301140.005.00119.340.13119.3815.160.13

0.301105.408.00119.340.20115.7623.520.20

0.301094.7010.00119.340.25114.6429.120.24

0.301068.9014.00119.340.36111.9439.800.33

0.301037.0016.00119.340.41108.5944.130.37

Hoja4

Pot Eje (vatios)

rpm

Potencia al eje

Hoja5

Eficien N

Potencia al eje

Eficiencia

Hoja6

Posicion 03

Caudal Q = 0,61 l/s


0.282459.000.00104.530.00257.510.000.00

0.262068.605.0097.060.13216.6227.510.28

0.241873.007.0089.600.18196.1434.870.39

0.231724.2010.0085.860.25180.5645.860.53

0.221414.0015.0082.130.38148.0756.420.69

0.21132.0019.0074.660.48118.5457.210.77

Hoja6

Potencia Eje

rpm

Potencia al eje

Eficiencia N

Potencia al eje

Eficiencia

Posicion 05

Caudal Q = 0,62 l/s


0.282526.600.00106.240.00264.590.000.00

0.262263.003.0098.650.08236.9818.060.18

0.241946.507.0091.070.18203.8436.240.40

0.221703.5010.0083.480.25178.3945.310.54

0.211452.8015.0079.680.38152.1457.960.73

0.21247.0019.0075.890.48130.5963.020.83

Potencia Eje

rpm

Potencia al eje

Eficiencia N

Potencia al eje

Eficiencia

Posicion 10

Caudal Q = 0,59 l/s


0.282632.900.00101.100.00275.720.000.00

0.262462.004.0093.880.10257.8226.190.28

0.242145.508.0086.660.20224.6845.650.53

0.21904.8012.0072.220.30199.4760.800.84

0.191681.0015.0068.610.38176.0367.070.98

Potencia Eje

rpm

Potencia al eje

Eficiencia N

Potencia al eje

Eficiencia

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