Turbina Pelton

 

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

DISEÑO DE UNA TURBINA PELTON

CU CURSO: TURBOMÁQUINAS

GARCÍA PÉREZ MARIO ALBERTO

ROPROFESOR: 

GR GRUPO TEÓRICO:

01T

FECFECHA DE ENTREGA :

22 de Noviembre del

2019

INTEGRANTES: BARZOLA YARINGAÑO LAURA ELIZABETH   CABEZUDO HUACHACA ANDRE AARON     DÍAZ LÁZARO JHON MAYKOLL GAMARRA NIETO SANDRA DEYANIRA     GUERRA TIMOTEO EDSON ELIAS

1623125701 1623125818 1613125365 1623125028 1623136029

 

INDICE

I. II. II.

IN INT TRO ROD DUC UCCI CIO ON OB OBJE JETI TIVO VOS S

III. HI III. HIST STOR ORIA IA IV. DE DEFIN FINICIO ICIONES NES V. CO COMP MPON ONEN ENTE TES S VI. CONSI CONSIDERAC DERACIONES IONES PARA EL DISEÑ DISEÑO O VII. CALCU CALCULOS LOS VIII. APRE APRECIACIO CIACION N CRITI CRITICA CA IX. CON CONCLU CLUSIO SIONES NES X. BI BIBL BLIO IOGR GRAF AFIA IA

 

I.

INTRODUCCION

El funcionamiento y elaboración de una turbina Pelton, es básica en la formación de un ingeniero electricista, ya que estos conocimientos nos brindaran brindaran una visión a cerca del rendimiento y el desempeño que pueda ofrecer, en el presente trabajo nos vamos a orientar en la elaboración de una turbina Pelton, en donde usaremos la turbina ubicada en la Facultad de Ingenieria Eléctrica y Electrónica de la Universidad Nacional del Callao. Tomaremos diferentes valores que debe tener el diámetro, cuchara, diámetro de chorro, e etc. tc. El presente informe consta de una descripción de la turbina, relación de equipos e quipos y/o materi mat eriale aless uliza ulizados dos,, los proced procedimi imient entos os seguid seguidos os durant durante e y despué despuéss de los ensayo ensayoss debidamente detallados, para facilitar la compresión. Finalmente se establecen las conclusiones y recomendaciones a las que se han llegado después de realizar la experiencia.

II.

OBJETIVOS Desarrollar mediciones de la turbina Pelton que se encuentra en nuestra facultad. Obtener datos con los cuales se realizarán los cálculos respecvos y poner en prácca los conocimientos adquiridos en el curso. Corroborar nuestros datos. Elaborar el diseño de la turbina Pelton, ulizando los parámetros obtenidos en los cálculos.

III.

HISTORIA Lester Pelton, el inventor del artefacto, nació en el año 1829 en Vermillion, Ohio, en la orilla del Lago Erie. En el año1850 llegó a California con los emigrantes de la ebre del oro y se conviró en pescador en el rió Sacramento. Alrededor del año 1853 renunció a pescar y comenzó a trabajar en las minas de oro de Camptonville, Nevada City y Grass Valley, en el río Yuba en el "país de la veta madre". En el año de 1864 se hizo carpintero y constructor de molinos. En ese empo, la búsqueda de oro había progresado desde el tamizado de la grava de rió ("el placer") al procesado de grandes candades de mineral procedente de los depósitos de grava de la supercie y de las minas en la roca dura. Esto requería potenc potencia ia para manejar los molinos que machacaban el mineral, para bombear aire hacia los túneles de las minas y posteriormente

 

para proporcionar electricidad y aire comprimido. Algunas minas usaban máquinas de vapor, pero necesitaban el suministro connuo de una gran candad de madera para quemar. Los riachuelos de montaña podían proporcionar energía, pero la candad de agua estaba muy limitada, aunque cayera desde gran altura. Por consiguiente, en vez de las lentas (e inecaces) ruedas de agua tradicionales usadas en los molinos de cereal, que necesitan solo una pequeña altura, pero usan una gran candad de agua, los propietarios de minas instalaron turbinas, ruedas con copas alrededor de su circunferencia, sobre las que se dirigía un rápido chorro de agua proveniente de un depósito alto. De acuerdo a un arculo del año 1939 de W. F. Durand de la Stanford Universita in Mechanical Engineering, el invento del Pelton tuvo lugar gracias a una observación accidental, en algún momento de los años1870. Pelton estaba observando girar una turbina de agua cuando la chaveta que sujetaba su rueda en el eje, se salió, causando que se desalineara. En lugar de que el chorro golpee las copas en su punto medio, el deslizamiento hace que golpee cerca del borde más que pararse el ujo de agua, ahora se desvía en un medio círculo, saliendo de nuevo con la dirección inverda. Asombrosamente, ahora la turbina se movía más rápido.

 

Las turbinas modernas usan varios conjuntos de paletas. El primer juego uliza solo parte de la energía y el chorro que sale es aún muy rápido. Como el chorro se mueve en la dirección opuesta, es necesario inverrlo antes de que ceda más energía a la segunda serie de paletas. Esto se consigue por medio de un juego de paletas Alabe estacionarias que están rmemente unidas a la carcasa (parte estáca) de la turbina. Ese fue el gran descubrimiento de Pelton. En otras turbinas el chorro incide en la mitad de la copa y las salpicaduras del agua que impacta restan energía. En términos técnicos, el impacto se parece a un impacto no elásco, mientras que en la turbina que desarrolló Pelton, por el desvío del chorro se parece a un elásco. A nales de los años 1870 Pelton desarrolló su diseño, colocando al nal una copa doble con una división en forma de cuña en el medio que dividía el chorro en dos mitades, hacia la derecha y hacia la izquierda. (Puede aproximarse a ese diseño ahuecando sus manos hacia arriba y luego juntándolas con las uñas de ambas manos tocándose.) En el invierno de 18771878 probó turbinas de diferentes tamaños, incluyendo una pequeña para hacer mover la máquina de coser de su casera (funcionaba, pero el no estaba conforme con su diseño). En 1880 obtuvo también una patente por su invención. Pelton intentó vender sus turbinas, pero con poco éxito hasta la primavera de 1883, cuando la Idaho Mining Company deGrass Valley en el Yuba County, California, organizó un concurso entre ent re difere diferente ntess diseño diseñoss antes antes de decidi decidirr cual cual diseño diseño compra compraría ría.. La turbin turbina a Pel Pelton ton venció venció

 

alcanzando una eciencia del 90.2%, mientras que las otras tres ruedas de agua que compean solo obtuvieron el 76.5%, 69.6% y 60.5%. Después de esto sus ventas crecieron a un ritmo trepidante y en 1888 Pelton, con varios socios, fundó en San Francisco la Pelton Water Wheel Company, que amplió aún más la producción.

Mientras que las turbinas Pelton se instalaron por todo el mundo, algunos de sus mejores clientes connuaron siendo los del "país de la veta madre", donde comenzó su profesión. La mayor rueda Pelton construida medía 30 pies de diámetro y se muestra actualmente en Grass Valley, mientras que una rueda de 15 toneladas, expuesta en Nevada City (su imagen está al comienzo de esta sección y su placa memorial se muestra arriba Figura 3-3), proporcionó 18.000 HP (caballos de potencia) de electricidad durante cerca de 60 años. Finalm ente Pelton se trasladó a Oakland, en la Bahía de San Francisco y murió allí en 1908. Nunca se casó. Entre las turbinas Pelton más grandes instaladas hasta el momento se encuentran las de Mont-Cenis (Alpes franceses) de 272000 HP cada una, bajo 870 m de carga.

 

IV .

CONCEPTOS BA BASICOS La turbina hidráulica es una turbomáquina motora, y por tanto esencialmente es una bomba rotodinámica que trabaja a la inversa. Así como una bomba absorbe energía mecánica y restuye energía al uido; una turbina absorbe energía del uido y restuye energía mecánica. Clasicación de Turbinas según el grado de reacción:

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Turbinas de Acción: Las turbinas de acción se caracterizan por tener un grado de reacción nulo. En éstas turbinas es donde la transformación de la energía potencial en energía cinéca se realiza en los órganos jos anteriores al rodete, ya sea inyectores o toberas. Por lo tanto el rodete sólo recibe energía cinéca, además la presión de entrada y de salida de los álabes es la misma y corresponde a la presión atmosférica. Las principales turbinas de acción conocidas son la turbina Pelton y Turgo.

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Turbinas de Reacción: Se llama así a las turbinas cuyo grado de reacción es no nulo y el caso de una turbina de reacción pura es e s cuando se transforma la energía potencial en cinéca íntegramente en el rodete, el que en este caso sólo recibe energía potencial. La presión de entrada es superior a la presión de salida del uido. Las principales turbinas de reacción son las turbinas Francis y Kaplan.

 

Turbina Pelton Es una turbo máquina motora, de ujo tangencial (transversal), admisión parcial y de acción. Cons Co nsis iste te en una una rued rueda a dota dotada da de cu cuch char aras as en su pe peri rife feri ria, a, las las cual cuales es es está tán n especialm espec ialmente ente realizadas realizadas para converr la energí energía a de un chorro de agua que incide sobre las cucharas. Las turbinas Pelton están diseñadas diseñadas para explotar grandes saltos hidráulicos hidráulicos de bajo caudal. Una turbina Pelton es uno de los pos más ecientes de turbina hidráulica. hidráulica.

Las centrales hidroeléctricas dota dotadas das de este po de turbina cuentan, cuentan, en su mayoría, con una larga tubería llamada galería de presión para transportar al uido desde grandes alturas, a veces de hasta más de 1500 metros. Al nal de la galería de presión se suministra suministra el agua a la turbina por medio de una o va vari rias as válvul válvulas as de aguja, también llamadas inyectores, los cuales enen forma de tobera para aumentar la velocidad del ujo que incide sobre las cucharas.

 

FUNCIONAMIENTO

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La arista del cangilón corta al chorro de agua, seccionándolo en dos láminas de uido, simétricas y teóricamente del mismo caudal.

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Estos chorros de agua incide tangencialmente sobre el rodete, empujando a los cangilones que lo forman, obteniéndose el trabajo mecánico deseado.

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Las formas cóncavas de los cangilones hacen cambiar la dirección del chorro de agua, saliendo éste, ya sin energía apreciable, por los bordes laterales, sin ninguna incidencia posterior sobre los cangilones sucesivos.4



De este modo, el chorro de agua transmite su energía cinéca al rotor, donde queda transformada instantáneamente en energía mecánica.

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La aguja, gobernada por el regulador de velocidad, cierra más o menos el oricio de salida de la tobera, consiguiendo modicar el caudal de agua que uye por ésta, a n de manten mantener er const constant ante e la veloci velocidad dad del rotor, rotor, evitá evitándo ndose se embala embalamie miento nto o reducción del número de revoluciones.

 

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA TURBINA PELTON

Ventajas ·

Más robustas.

·

Menos peligro de erosión de los alabes.

·

Reparaciones más sencillas.

·

Regulación de presión y velocidad más fácil.

·

Mejores rendimientos a cargas parciales.

·

Infraestructura Infraestructur a más sencilla.

·

Gira con alta velocidad, entonces se puede conectar el generador en forma directa, sin pérdidas de transmisión mecánica.

Desventajas

V.

·

Altura mínima para su funcionamiento: 20 metros.

· ·

Costo de instalación inicial. El impacto ambiental es grande en caso de grandes centrales hidroeléctricas.

·

Requiere de múlples inyectores para grandes caudales.

COMPONENTES

A) Di Dist stri ribu buid idor or B) Rotor C) Carcasa D) Ej Eje e de de tur turbi bina na

 

E) Cá Cáma mara ra de desc descar arga ga F) Si Sist stem ema a de de fren frenad ado o

A) DI DIST STRIB RIBUI UIDO DOR: R:

El distribuidor: Es un elemento estáco, pues no posee velocidad angular y en él no se produce trabajo mecánico. Es el montaje que ene la nalidad de acelerar el ujo de agua agu a al transf transform ormar ar total total o parcia parcialme lmente nte la energí energía a potenc potencial ial del ag agua ua en energí energía a cinéca. Dirigir el agua hacia el rodete, siguiendo una dirección adecuada. Actuar un órgano regulador del caudal. Dentro del distribuidor se encuentran los inyectores ubicados circularmente alrededor del rotor. El número de los inyectores depende de las caracteríscas del generador y ene que ver con parámetros de potencia y salto de agua.

Partes del distribuidor 

Cámara de distribución

Es la cámara de inyectores que nace desde la pro propaga pagaci ción ón de la tuber ubería ía forza orzad da precisamente en la válvula de entrada a la turbina en donde se encuentra la brida que los divide. Es importante porque transporta el agua hacia los inyectores.

 

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Inyector

Permite transformar la energía de presión del ujo en energía cinéca, a través de una tobera, y posee una válvula po aguja para regular el caudal, en algunas instalaciones La velocidad del chorro a la salida del inyector alcanza unos 150 metros por segundo.



Tobera

Se enend enende e como como ta tal, l, una boquil boquilla, la, normal normalmen mente te con orici oricio o de secció sección n cir circul cular ar (puede (pu ede tratar tratarse se de otra otra secció sección), n), de un diámet diámetro ro aproxi aproximad mado o entre entre 5 y 30 cm, instalada en la terminación de la cámara de distribución

Proyecta y dirige, tangencialmente hacia la periferia del rodete, el chorro de agua, de tal modo que la prolongación de éste forma un ángulo práccamente de 90º con los imaginarios radios de aquel, en los sucesivos puntos de choque o incidencia del agua. Con lo úlmamente expuesto se explica el concepto de turbina tangencial, del cual se hizo mención al iniciar el estudio de las turbinas Pelton. 

Válvula de Aguja

Está formada por un vástago situado concéntricamente en el interior del cuerpo de la tobera tob era,, guiado guiado median mediante te co cojin jinete etess sobre sobre los cuales cuales ene ene un libre libre movimi movimient ento o de desplazamiento longitudinal en dos sendos. Uno de los extremos del vástago, el orientado hacia el oricio de salida de la tobera, termina en forma esférico-cónica a modo de punzón, fácilmente recambiable, el cual regula el caudal de agua que uye por la misma, de acuerdo con el mayor o menor grado de acercamiento hacia el

 

or ori ici cio, o, ll lleg egan ando do a co cort rtar ar to tota talm lmen ente te el pa paso so de agua agua cuan cuando do se pr prod oduc uce e el asentamiento de dicho punzón sobre el mencionado oricio, según las circunstancias de funcionamiento del grupo 

Defector

Es un disposivo mecánico que, a modo de pala o pantalla, puede ser intercalado con mayor o menor incidencia en la trayectoria del chorro de agua, entre la tobera y el rodete, presentando la parte cóncava hacia el oricio de tobera. Divide el chorro que se dirige hacia el rodete, de manera que solo parte del chorro incida sobre él. Se usa para controlar la velocidad de la turbina cuando el caudal a tr trav avés és del del in inye yect ctor or es muy muy gr gran ande de y as asíí evit evitar ar el emba embals lsam amie ient nto o del del ro rodet dete e al producirse un descenso repenno de la carga. La situación del deector se controla con el regulador de velocidad; al igual que las disntas secciones de paso de agua por las toberas, al controlar las posiciones de la válvula de aguja.