1. INTRODUCCION
Este trabajo Anlisis de Curvas caractersticas de la turbina
pelton consiste en impulsar agua con la bomba para simular una cada
de agua en la turbina, obteniendo gracias a esta energa mecnica en
forma de torque, este es medido y analizado por los estudiantes,
obteniendo as datos con los cuales se calcularan obteniendo as
resultados que permiten saber la eficiencia de esta y como se puede
mejorar esta. Se agradece la colaboracin y orientacin del ingeniero
a cargo sin el cual este ensayo no se podra haber realizado.
2. RESUMEN:El ensayo en el modulo de turbinas Pelton consiste en
obtener graficas de las curvas caractersticas de la turbina, en el
Laboratorio de Termohidrulica de la Facultad de Ingeniera Mecnica
de la UNCP, para afianzar los conocimientos a adquiridos en cursos
preliminares. La finalidad es analizar el comportamiento de la
turbina partir de las graficas de curvas caractersticas obtenidas
Para el efecto seleccionamos una altura de carga controlado por el
manmetro instalado en la bomba hidrostal que simula el salto
hidrulico, se mide el caudal en el vertedero y colocando varios
pesos en el freno se toman lecturas de la velocidad angular de la
turbina, lectura en el dinammetro y la temperatura del agua. Como
datos de diseo se tiene el ngulo de salida del alabe de 10.
Finalmente se debe procesar los datos obtenidos, y luego graficar
las distintas curvas caractersticas de la turbina.
3. OBJETIVO:Determinar las curvas caractersticas del
funcionamiento de la turbina Pelton de la facultad de Ingeniera
mecnica mediante datos experimentales.
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4. MARCO TEORICO: TURBINAS PELTONEste tipo de turbina fue creada
y patentada en 1889 por el norteamericano Lester Allan Pelton. El
principio de funcionamiento es relativamente simple, ya que
constituye una evolucin lgica de la antigua rueda hidrulica. Posee
las mejores caractersticas para grandes alturas, y desde luego es
la nica mquina capaz de funcionar con alturas superiores a 1.700 m.
Son notables su suavidad de giro y su buen funcionamiento a carga
parcial. En la figura se muestra la disposicin tpica de una turbina
Pelton. La tobera lanza a la atmsfera un chorro de alta velocidad
que incide sobre una serie de cucharas o labes montados en la
periferia de una rueda. El par ejercido por el impacto y la
desviacin del chorro provoca el giro de la rueda. Una vez
transmitida su energa a la rueda, el agua sale de los labes a
velocidad relativamente baja y es dirigida hacia el canal de
desage. Por tanto, la turbina ha de estar colocada a suficiente
altura sobre el nivel mximo de crecida para asegurar el derrame
libre.
En la turbina Pelton actual, la energa cintica del agua, en
forma de chorro libre, se genera en una tobera colocada al final de
la tubera a presin. La tobera est provista de una aguja de cierre
para regular el gasto, constituyendo en conjunto, el rgano de
alimentacin y de regulacin de la turbina. Encuentra justa aplicacin
la turbina Pelton, en aquellos aprovechamientos hidrulicos donde la
ponderacin de la carga es importante respecto al caudal.
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La velocidad especifica es baja, entre 10 y 60 en el sistema
mtrico y entre 2 y 12 en el sistema ingles aproximadamente, siendo
preferibles valores centrales entre estos limites por razones del
rendimiento, el cual es del orden del 90% y se conserva bastante
bien a carga parcial. Entre las turbinas Pelton mas grandes
instaladas hasta el momento se encuentran las de Mont- Cenis (Alpes
franceses) de 272000 HP cada una, bajo 870 m de carga.
ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE TURBINAS PELTON:Una instalacin tpica
de Turbinas Pelton consta de los siguientes elementos: 1-. Codo de
entrada. 2-. Inyector: transforma la energa de presin en energa
cintica. La velocidad del chorro a la salida del inyector en
algunas instalaciones llega a 150 m/s y an ms consta de tobera y
vlvula de aguja. 3-. Tobera. 4-. Vlvula de Aguja. 5-. Servomotor.
6-. Regulador. 7-. Mando del deflector. 8-. Deflector o pantalla
deflectora. 9-. Corro. 10-. Rodete. 11-. labes o cucharas. 12-.
Freno de la turbina. 13-. Blindaje. 14-. Destructor de energa. A
continuacin se presenta un diagrama de una Turbina Pelton:
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5. EQUIPOS Y MATERIALES: Bomba hidrostal 40-200. Turbina Pelton.
Dinammetro Varios pesos Vertedero Tacmetro Manmetro
6. PROCEDIMIENTO:
Se instala la Turbina Pelton con su inyector en el circuito de
salida de la bomba.
Se instala el freno utilizando el dinammetro y un primer peso.
Se enciende la bomba. Se mide la presin de inyeccin con un manmetro
y el caudal, mediante la cuba.
Se mide el peso mediante el dinammetro. Con el tacmetro se toma
la velocidad de rotacin de la polea. Se procede a aumentar el peso
en el freno progresivamente y se va tomando los datos respectivos
para cada peso.
Se
procesa
los
datos
obtenidos,
se
realizar
los
clculos
correspondientes para obtener las graficas de las curvas
respectivas.
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7. CALCULOS Y/O RESULTADOS: Formulas a usar:
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Datos:
Tabla de datos obtenidos
de la polea del tacmetro T H2O H2O H2O Hu Hu Cd K COS 1
0,244m 0,046m 15.3C 9796.5 N/m3 998.95 Kg /m3 1.5 bar 15.3 mH2O
0,96 0,9 10 0,98480775
Ensayo N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Dinam. (Kg) 1,70 2,00 2,30 2,40 2,50 2,70 2,80 3,00 3,10
3,40
Peso (Kg) 0,1472 0,2917 0,3927 0,5295 0,6927 0,8124 0,932 1,0256
1,1626 1,3576
volante(RPM) 3700,0 3150,0 3050,0 3000,0 2950,0 2700,0 2600,0
2500,0 2300,0 2100,0
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ECUACIONES PARA EL CLCULO:a) POTENCIA DEL AGUA ( )
Donde:
b) POTENCIA EN EL RODETE (
)
Donde:
c) POTENCIA AL FRENO (BHP)
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Donde:
d) EFICIENCIA MECNICA
e) EFICIENCIA HIDRULICA
f) EFICIENCIA TOTAL
g) TRINGULO DE VELOCIDADES A LA ENTRADA Y VELOCIDAD DE
EMBALAMIENTO
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CALCULOS:Caudal:
Q 1.416 h5/ 2 Q 1.416 0.065/ 2 0.00125m3 / sPOTENCIA AL
AGUA:
HPa
Q Hu
76 9796.5 0.00125 4.4 HPa 76 HPa 0.707 HpPOTENCIA DEL
RODETE:
Q g U (C1 U ) (1 K 1Cos 2 ) 746 0.00125 9.81 U (C1 U ) (1 K 1Cos
2 ) HPr 746 HPr Velocidad del chorro:
C1 Cd (2 g H u ) C1 0.98 (2 9.8115.3) 17.60m / sVelocidad
tangencial:
U1 U1
D N60
0.24 N60
RPMs de la turbina:
Nturbina
Ntacometro 4.5 24
POTENCIA AL FRENO:
BHP
T 76
T FR
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Tabla de datos procesados
Nturbina U (m/s) C1 (m/s) (RPM) 56,56 0,711 16,99 53,02 0,666
9,10 51,26 0,644 9,10 44,19 0,555 9,10 35,35 0,444 9,10 33,58 0,422
9,10 30,05 0,378 9,10 28,28 0,355 9,10 21,21 0,267 9,10 19,44 0,244
9,10 N 56,56 53,02 51,26 44,19 35,35 33,58 30,05 28,28 21,21
19,44
F ( Kg ) 1,55 1,71 1,91 1,87 1,81 1,89 1,87 1,97 1,94 2,04
T ( Kg ) 0,186 0,205 0,229 0,224 0,217 0,227 0,224 0,237 0,232
0,245
HPr 0,184893 0,174255 0,168890 0,147125 0,119229 0,113559
0,102125 0,096362 0,073006 0,067091
BHP 0,1387 0,1430 0,1544 0,1305 0,1009 0,1001 0,0886 0,0882
0,0649 0,0627 t 0,195 0,201 0,217 0,184 0,142 0,141 0,125 0,124
0,091 0,088
T (N) 1,83 2,01 2,25 2,20 2,13 2,22 2,20 2,32 2,28 2,40
m 0,7500 0,8207 0,9139 0,8870 0,8460 0,8814 0,8678 0,9149 0,8887
0,9345
h 0,260413 0,245430 0,237874 0,207218 0,167929 0,159942 0,143838
0,135722 0,102826 0,094494
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GRAFICAS
Potencia al freno VS RPM0.1800 0.1600 0.1400 0.1200 0.1000
0.0800 0.0600 0.0400 0.0200 0.0000 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00
50.00
BHP
RPM60.00
0.200000 0.180000 0.160000 0.140000 0.120000 0.100000 0.080000
0.060000 0.040000 0.020000 0.000000
HPr
Potencia en el rodete VS RPM
RPM0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00
12
T(N)3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0.00 10.00
Torque VS RPM
RPM20.00 30.00 40.00 50.00 60.00
nm1.0000 0.9000 0.8000 0.7000 0.6000 0.5000 0.4000 0.3000 0.2000
0.1000 0.0000 0.00
Eficiencia mecanica VS RPM
RPM10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00
13
100.00 90.00 80.00 n hidrulica (%) 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00
20.00 10.00 0.00
Eficiencia Hidraulica VS RPM
500
100
200
300
400
600
700
800
900
RPM
nt0.250 0.200 0.150 0.100 0.050
Eficiencia Total VS RPM
RPM0.000 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00
14
1000
0
8. CONCLUSIONES:
En este
ensayo se logro obtener las curvas de manera
no muy
claras y definidas, pues al contar con pocos valores en los
datos.
Observando la curva de eficiencia mecnica, se nota algunos datos
dispersados del resto, esto es probablemente debido a que el
rozamiento entre la cuerda y la polea no era muy constante.
La eficiencia hidrulica logro mayores valores debido a que se
entrego un caudal relativamente potente, capaza de generar altas
eficiencias.
En las curva de eficiencia, se nota claramente que es mayor en
todos los casos en un rango de 50 a 60 RPM lo que nos indica que lo
mas optimo es hacer trabajar, en este caso a la turbina en ese
rango.
La potencia mxima obtenida en el ensayo nos entrega un valor
relativamente menor al de la potencia del motor dela bomba, debido
a las perdidas esta potencia se reduce.
Si el ngulo 2 aumenta, la eficiencia Hidrulica baja mientras que
la mecnica sube; si este ngulo baja el comportamiento es inverso al
mencionado, este ngulo depende de la posicin del inyector.
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9. RECOMENDACIONES: Trabajando con caudales altos obtiene
eficiencias optimas. Segn el tipo y tamao de una turbina, se debe
realizar previamente los clculos de los requerimientos para obtener
un buen desempeo de esta. Si se realiza una mala instalacin de una
turbina generar mayores perdidas que beneficios, es por eso que se
debe tener en cuenta todos los parmetros necesarios para obtener un
buen desempeo. El ensayo se debi realizar con mayores datos para
obtener una mejor performance de las curvas. Al utilizar una
turbina no necesariamente se debe trabajar a la mxima eficiencia,
sino tambin es necesario tener en cuenta la vida til de esta, por
lo que seria necesario realizar un anlisis adicional del desgaste
que ocurren en los laves segn el caudal entregado. Se debe
controlar el ngulo de ingreso y el ngulo de salida pues ambos
juegan un papel muy importante al momento que se desee obtener el
desempeo de una turbina.
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10. ANEXOS
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