Curvas características de una Turbina Pelton

El siguiente ensayo trata del cálculo y elaboración de las curvas características de la Turbina Pelton realizada en el Laboratorio de Termo hidráulica en la Universidad Nacional del Centro del Perú en la facultad de Ingeniería Mecánica.

Los resultados obtenidos en el siguiente ensayo nos muestran las curvas de las turbinas pelton, donde se calculan las diferentes potencias como: potencia al freno; ésta potencia se calculó utilizando un freno Prony que consistió en colocar el dinamómetro en la volante y al otro extremo colocar pesas para así obtener lecturas en el dinamómetro, luego la fuerza resultante lo multiplicamos por el radio de la volante para obtener torque, éste lo multiplicamos por la velocidad angular del eje y obtenemos la potencia del eje o potencia al freno; también calculamos la potencia del rodete, la potencia del fluido, las eficiencias hidráulicas, mecánicas y totales, también se calculó el caudal utilizando un vertedero; una vez procesado todos los datos graficamos todos los parámetros adecuados de la turbina como Torque vs RPM, Eficiencias vs RPM , Potencias vs RPM y Velocidades vs RPM, luego al realizar los trazos de curvas éstas nos indican si la turbina tiene un funcionamiento óptimo, nos muestra el rendimiento de la turbina y muchos datos más, para así obtener nuestras conclusiones respectivas de la instalación de la turbina.

Todos los cálculos se basan en la ecuación fundamental de la energía, para ello aplicamos la teoría elemental de la mecánica de fluidos y los conocimientos básicos de las turbinas pelton.

OBJETIVOS

• Conocer los principios de operación de las turbinas Pelton.

• Determinar las curvas características del funcionamiento de la turbina Pelton de la Facultad de Ingeniería mecánica mediante datos experimentales.

• Realizar el análisis correspondiente, para buscarlas posibles soluciones o mejorar la eficiencia.

Marco teórico

http://members.tripod.com/mqhd_ita.mx/u3.htm

En la actualidad es imposible imaginar la vida sin energía eléctrica, estamos tan acostumbrados a encender y apagar el interruptor de la luz y otros aparatos que muy rara vez nos ponemos a pensar de donde viene esta electricidad; pues bien, un tipo de centrales generadoras son las HIDROELÉCTRICAS, éstas son plantas encargadas de convertir la energía del agua en energía eléctrica, pero más específicamente, la TURBINA es la encargada de transformar esa energía hidráulica en energía mecánica, para posteriormente convertirla en energía eléctrica con un generador. Como decía La turbina es el alma de una central hidroeléctrica y dependiendo de la turbina que se use es la cantidad de electricidad que se produzca. En este capítulo hablaremos de las turbinas de impulso, y específicamente de la turbina PELTON.

GENERALIDADES DE LA TURBINA PELTON

La turbina PELTON debe su nombre al ingeniero norteamericano Lester Allen Pelton (1829-1908), quien en busca de oro en California concibió la idea de una rueda con cucharas periféricas que aprovecharan la energía cinética del agua que venía de una tubería y actuaba tangencialmente sobre la rueda. Por fin en 1880 patentó una turbina con palas periféricas de muy particular diseño, de tal manera que el chorro proveniente de la tubería golpea el centro de cada pala o cuchara con el fin de aprovechar al máximo el empuje del agua.

A las cucharas y palas que mencionamos anteriormente se les nombran ÁLABES. El álabe tiene la forma de doble cuchara, con una arista diametral sobre la que incide el agua produciéndose una desviación simétrica en dirección axial, buscando un equilibrio dinámico de la máquina en esa dirección. En las siguientes imágenes veremos y analizaremos la forma del álabe.

fig. 2 En esta foto se puede mostrar a detalle la forma de la pala y la forma en la que incide el chorro en ella. (Cortesía de WKV Inc.).

Las dimensiones del álabe son proporcionales a los diámetros del chorro que impacta sobre él; el chorro a su vez está en función del diámetro de la rueda y de la velocidad específica. El diámetro de chorro (do) está entre el 5% y el 12% del diámetro de la rueda (Dp). En la siguiente figura se muestra a detalle la forma del álabe y sus variables correspondientes

El ángulo a, ubicado entre las dos caras interiores del álabe es del orden de los 20°, lo ideal sería que fuera igual a 0°, pero, de ser así, debilitaría la arista media donde pega el chorro y transmite la energía.

El ángulo b, ubicado en la salida del álabe está entre los 8° y los 12°. Se debe de dar salida al agua con la propia forma de del borde de fuga, a la cual ayudan las líneas de "thalweg" .

Los álabes deben estar colocados lo más cerca posible a los inyectores, debido a que la distancia hace decrecer la energía cinética del agua.