Universidad Politécnica Amazónica
“DISEÑO Y CALCULO DE UNA TURBINA PELTON” INGENIERÍA MECÁNICA – VII
TURBOMAQUINAS I Alumnos:
Correa alazar !ilanderson Pérez Idro"o Elver Coronel #orres Er$in Er$i n Carlos C arlos %&am'n Re(es )an( An"el Iz*&ierdo +eón Cristian
Docente:
In", +&is +lanos
-a"&a Grande . Per/
0123 . II
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
DISEÑO Y CALCULO DE UNA TURBINA PELTON INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 0
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
DISEÑO Y CALCULO DE UNA TURBINA PELTON INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 0
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
RESUMEN Una t&r$ina Pelton 7&e inventada 8or +ester Pelton en el a9o 2:0;< es &no de los ti8os m's e=cientes de t&r$ t&r$ina ina >idr >idr'&lica '&lica,, Es &na t&r$om'*&ina moto motora ra<< de ?&@o ?&@o tras trasve vers rsal al<< admi admisi sión ón 8ar 8arcial cial ( de acción, Consiste en &na r&eda rodete o rotorB dotada de c&c>aras en s& 8eri7eria< las c&ales est'n es8ecialmente realizadas 8ara convertir la ener"a ener"a de de &n c>orro de a"&a *&e incide so$re las c&c>aras, +as t&r$in t&r$inas as Pelton elton est'n est'n dise9a dise9adas das 8ara 8ara eD8lo eD8lotar tar "rand "randes es sal saltos tos >idr'& >idr'&lico licoss de $a@o $a@o ca&dal ca&dal,, +as centrales >idroeléctricas >idroeléctricas dotadas de este ti8o de t&r$ina c&entan< la ma(ora de las veces< con &na lar"a t&$er t&$era a lla llamad mada a "aler "alera a de 8resi 8resión ón 8ara 8ara tras8o tras8ort rtar ar al ?&ido ?&ido desde desde "randes alt&ras< a veces de >asta m's de doscientos metros, Al =nal de la "alera de 8resión se s&ministra el a"&a a la t&r$ina 8or medio de &na o varias v'lv&las v'lv&las de de a"&@a< tam$ién llamadas in(ectores< los c&ales c&ales tienen tienen 7orma 7orma de to$era to$era 8ara 8ara a&mentar la velocidad del ?&@o *&e incide so$re las c&c>aras,
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
INTRODUCCIN En la act&alidad es im8osi$le ima"inar la vida sin ener"a eléctrica< estamos tan acost&m$rados a encender ( a8a"ar el interr&8tor de la l&z ( otros a8aratos *&e m&( rara vez nos 8onemos a 8ensar de dond donde e vien viene e es esta ta elec electr tric icid idad adFF 8&es 8&es $ien $ien<< &n ti8o ti8o de ce cent ntra rale less "eneradoras son las %I)R5E+C#RICA< %I)R5E+C#RICA< éstas son 8lantas encar"adas de co conv nver erti tirr la ener ener" "a a del del a"&a a"&a en ener ener" "a a eléc eléctr tric ica< a< 8er 8ero m' m'ss es8ec es8ec=ca =camen mente< te< la #UR-IN #UR-INA A es la encar encar"ad "ada a de trans trans7or 7ormar mar esa ener ener" "a a >idr >idr'& '&li lica ca en ener ener" "a a me mec' c'ni nica ca<< 8ar 8ara 8ost 8oster erio iorrme ment nte e convertirla en ener"a eléctrica con &n "enerador, Como deca +a t&r$ina es el alma de &na central >idroeléctrica ( de8endiendo de la t&r$ina *&e se &se es la cantidad de electricidad *&e se 8rod&zca, En este ca8t&lo >a$laremos de las t&r$inas de im8&lso< ( es8ec=camente de la t&r$ina PE+#5N, Para nosotros< 7&t&ros in"enieros es m&( im8ortante determinar en *&é 7orma se est' desem8e9ando &na ma*&ina >idr'&lica< si est' en s& ma(or e=ciencia< 8ara ello es necesario conocer las m'*&inas >idr'& >idr'&lic licas, as, +as ma*&ina ma*&inass >idr'& >idr'&lica licass son ca8ase ca8asess de converti convertirr ener ener" "a a >idr >idr'& '&li lica ca en ener ener" "a a me mec' c'ni nica caFF 8&ed 8&eden en se serr motr motric ices es t&r$inasB< o "eneratrices $om$asB< las c&ales modi=can la ener"a total del a"&a *&e las atraviesa,
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina H
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
TURBINAS PELTON
!" #ENERALIDADES !"!" OB$ETI%OS: !"!"!"
O&'et()o #ene*+l
C5N5CER 6 5-#ENER CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5NJ
!"!","
O&'et()os Es-ec./cos
. Conocer ti8os ( 7&ncionamiento de #&r$inas Pelton, . )eterminar la 8otencia *&e desarrollara desarrollara la t&r$ina,
!"," IMPORTANCIA: Es &tilizada en saltos de "ran alt&ra alrededor de K1 m >asta los 2;11 mB< ( ca&dales relativamente 8e*&e9os >asta K1 mLs a8roDimadamenteB, on de $&en rendimiento 8ara am8lios m'r"enes de variación del ca&dal entre 1 ( 211 del ca&dal m'DimoB, P&ed &eden se serr ins instalad alada as co con n el e@e e@e en 8osi 8osici ción ón ver erti tica call & >orizontal< siendo esta /ltima dis8osición la m's adec&ada
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina K
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
!"0" CARACTER1STICAS DE 2UNCIONAMIENTO +a ener"a 8otencial del a"&a em$alsada o ener"a de 8resión< >asta los ori=cios de salida de las to$eras< se convierte en ener"a cinética< al salir el a"&a a través de dic>os ori=cios en 7orma de c>orros li$res, Estos c>orros de a"&a ndice tan"encialmente so$re el rodete< em8&@ando a los can"ilones *&e lo 7orman< o$teniéndose el tra$a@o mec'nico deseado, +as 7ormas cóncavas de los can"ilones >acen cam$iar la dirección del c>orro de a"&a< saliendo este (a son ener"a a8recia$le 8or los $ordes laterales son nin"&na incidencia 8osterior so$re los can"ilones s&cesivos, )e este modo< el c>orro de a"&a transmite s& ener"a cinética al rotor< donde *&eda trans7ormada instant'neamente en ener"a mec'nica, +a a"&@a< "o$ernada 8or el re"&lador de velocidad< cierra m's o menos el ori=cio de salida de la to$era< consi"&iendo modi=car el ca&dal de a"&a *&e ?&(e 8or esta< a =n de mantener constante la velocidad del rotor< evit'ndose em$alsamiento o red&cción del n/mero de revol&ciones, +a arista del can"ilón corta al c>orro de a"&a< seccion'ndolo en dos l'minas de ?&ido< simétricas ( teóricamente del mismo ca&dal, Esta dis8osición 8ermite contrarrestar m&t&amente los em8&@es aDiales *&e se ori"inan en el rotor e*&ili$rando 8resiones so$re el mismo< al cam$iar< simétrica ( o8&estamente los sentidos de am$as l'minas, A este ti8o de t&r$ina< se le conoce tam$ién como t&r$inas de 8resión< (a *&e ésta es constante en la zona del rodete< adem's c&enta con la 8artic&laridad de ser de c>orro li$re,
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 3
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
+as t&r$inas Pelton son t&r$inas de c>orro li$re *&e se acomodan a la &tilización de saltos de a"&a con m&c>o desnivel ( ca&dales relativamente 8e*&e9os< con m'r"enes de em8leo entre 31 ( 2K11 metros< consi"&iéndose rendimientos m'Dimos del orden del ;1, +as t&r$inas Pelton son t&r$inas de c>orro li$re *&e se acomodan a la &tilización de saltos de a"&a con m&c>o desnivel ( ca&dales relativamente 8e*&e9os< con m'r"enes de em8leo entre 31 ( 2K11 metros< consi"&iéndose rendimientos m'Dimos del orden del ;1,
!"3" RAN#O DE APLICACIN El ran"o t8ico de a8licación de la t&r$ina Pelton se m&estra en la ="&ra, Esta t&r$ina se &tiliza "eneralmente 8ara alt&ras desde 0K >asta 2;11 mO ( ca&dales de 2
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
!"3" ESQUEMA !"3"! D(st*(&u(4o* Es &n ór"ano =@o c&(a misión es diri"ir el a"&a< desde la sección de entrada de la m'*&ina >acia la entrada en el rodete< distri$&(éndola alrededor del mismo< t&r$inas de admisión totalB< o a &na 8arte< t&r$inas de admisión 8arcialB< es decir< 8ermite re"&lar el a"&a *&e entra en la t&r$ina< desde cerrar el 8aso totalmente< ca&dal cero< >asta lo"rar el ca&dal m'Dimo< tam$ién trans7orma la ener"a de 8resión en ener"a de velocidadF en las t&r$inas >élico.centr8etas ( en las aDiales est' 8recedido de &na c'mara es8iral vol&taB *&e cond&ce el a"&a desde la sección de entrada< ase"&rando &n re8arto simétrico de la misma en la s&8er=cie de entrada del distri$&idor, El n/mero de e*&i8os de in(ección< colocados circ&n7erencialmente alrededor del rotor< de8ende de la 8otencia ( caractersticas del "enerador ( se"/n las condiciones del salto de a"&a,
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina :
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N Qi", .
2
#&r$ina Pelton de 3 in(ectores,
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina ;
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
Qi", 0 . #&r$ina Pelton de 0 in(ectores,
El distri$&idor consta de las si"&ientes 8artes
C5m+*+ 4e D(st*(&uc(6n Es la 8rolon"ación de la t&$era 7orzada< aco8lada a esta 8or &na $rida de &nión, Entre la t&$era 7orzada ( la c'mara de distri$&ción se localiza la v'lv&la de entrada a la t&r$ina, #am$ién es conocida como c'mara de in(ectores, #iene como misión 7&ndamental cond&cir el a"&a >asta el in(ector, I"&almente sirve de so8orte a los dem's mecanismos *&e inte"ran el distri$&idor,
In7ecto* Es el elemento mec'nico destinado a diri"ir ( re"&lar el c>orro de a"&a, Est' com8&esto 8or To&e*+ Constit&(e &na $o*&illa< con ori=cio de sección circ&lar de &n di'metro entre K ( 1 cm< instalada al =nal de la c'mara de distri$&ción, )iri"e el c>orro de a"&a tan"encialmente >acia la 8eri7eria del INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 21
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
rotor< de tal modo *&e la 8rolon"ación de la to$era 7orma &n 'n"&lo de ;1S con los radios del rotor,
Qi", – #o$era de t&r$ina Pelton seccionada,
A8u'+ Constit&(e &n v'sta"o sit&ado concéntricamente en el interior del c&er8o de la to$era con movimiento de des8lazamiento lon"it&dinal en dos sentidos,
Qi",H . )etalle de to$era ( a"&@a,
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 22
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
De9ecto* Es &n dis8ositivo mec'nico *&e< a modo de 8ala o 8antalla< 8&ede ser intercalado con ma(or o menor incidencia en la tra(ectoria del c>orro de a"&a< entre la to$era ( el rodete< 8resentando la 8arte cóncava >acia el ori=cio de to$era, El de?ector desviara el c>orro< a(&dando as a dismin&ir la velocidad del rodete,
Qi", K – in(ector de t&r$ina Pelton seccionado,
Eu(-o *e8ul+4o* 4e )eloc(4+4: Est' constit&ido 8or &n con@&nto de dis8ositivos a $ase de servomecanismos< c&(a 7&nción es mantener constante la velocidad rotación,
Qi", 3 – istema de re"&lación de velocidad de &na t&r$ina Pelton,
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 20
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
!"3", Ro4ete Es el elemento esencial de la t&r$ina< estando 8rovisto de 'la$es en los *&e tiene l&"ar el intercam$io de ener"a entre el a"&a ( la m'*&ina, #rans7ormando as la ener"a >idr'&lica en ener"a mec'nica,
Qi", – Rodete de &na t&r$ina Pelton,
Consta de los si"&ientes elementos Rue4+ mot*(;: Esta &nida r"idamente al e@e 8or medio de c>avetas ( ancla@es adec&ados, & 8eri7eria esta mecanizada a8ro8iadamente 8ara ser so8orte de los can"ilones,
Qi", : – istema de re"&lación de velocidad de &na t&r$ina Pelton,
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 2
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
Cuc<+*+s: #am$ién denominados ala$es< can"ilones o 8alas, Est'n dise9ados 8ara reci$ir el em8&@e directo del c>orro de a"&a, & 7orma es similar a la de &na do$le c&c>ara< con &na arista interior lo m's a=lada 8osi$le< de modo *&e divide al can"ilón de dos 8artes simétricas< so$re esta arista donde incide el c>orro de a"&a,
Qi", ; – C&c>ara de t&r$ina Pelton,
Act&almente 8ara rotores de c&al*&ier tama9o< los can"ilones est'n 7or@ados con la misma r&eda< 7ormando 8ieza /nica< lo c&al 8ermite &na economa en la constr&cción ( ma(or se"&ridad de 7&ncionamiento< dado el im8acto inicial del a"&a *&e >an de so8ortar en el momento del arran*&e< la 7&erza centr7&"a alcanzada en caso de em$alamiento,
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 2H
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N Qi", 21 – Rodete de t&r$ina Pelton,
!"3"0 C+*c+s+ Es la envolt&ra met'lica *&e c&$re los in(ectores< el rotor ( los otros elementos mec'nicos de la t&r$ina, & 8rinci8al o$@etivo es evitar *&e el a"&a sal8i*&e al eDterior c&ando c>oca en los can"ilones, En t&r$inas con el e@e en 8osición vertical< la carcasa< sit&ada >orizontalmente tiene en s& 8eri7eria &nos cond&ctos de 8aso de aire a =n de lo"rar el adec&ado e*&ili$rio de 8resiones, En el caso de t&r$inas con el e@e >orizontal< la aireación se e7ect/a desde la c'mara de descar"a,
Qi", 22 – Carcasa de t&r$ina Pelton,
!"3"3" C5m+*+ 4e 4esc+*8+ #am$ién conocida como t&$era de descar"a< es la zona 8or donde cae el a"&a li$remente >acia el desa"Te< des8&és de >a$er movido el rotor, Para evitar deterioros 8or la acción de los c>orros de a"&a ( es8ecialmente de los ori"inados 8or la intervención del de?ector< la c'mara de descar"a s&ele dis8oner de &n colc>ón de a"&a de 0 a m de es8esor ( $linda@es o 8lacas sit&adas adec&adamente,
!"3"=" S(stem+ 4e >*en+4o
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 2K
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
Consiste en &n circ&ito de a"&a derivado de la c'mara de distri$&ción, El a"&a 8ro(ectada a "ran velocidad so$re la zona conveDa de los can"ilones< 7avorece el r'8ido 7renado del rodete< c&ando las circ&nstancias lo eDi"en,
Qi", 20 – C'mara de descar"a ( sistema de 7renado,
!"3"?" E'e Esta r"idamente &nido al rotor ( sit&ado adec&adamente so$re los co@inetes de$idamente l&$ricados< transmite el movimiento de rotación al e@e del "enerador, El n/mero de co@inetes instalados as como s& 7&nción< radial o radial. aDial< de8ende de las caractersticas del "r&8o t&r$ia."enerador,
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 23
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N Qi", 2 – E@e ( rodete en aco8le, !"3"@" Mont+'e 4e un+ tu*&(n+ Pelton
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 2
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N Qi", 2H – #&r$ina Pelton de 0 in(ectores ( de e@e >orizontal,
," METODOLO#IA Y MARCO TEORICO ,"!" TRIAN#ULO DE %ELOCIDADES
Qi", 2K – #rian"&lo de Velocidades en las #&r$inas Pelton
I4e+lmente α 1 β ! 1
%eloc(4+4 +&solut+ 4e ent*+4+ ( c ) 1
c 1=√ 2 gH ( Ideal ) c 1=c v √ 2 gH ( Real )
cv
1<;1<;; c
%eloc(4+4 +&solut+ 4e s+l(4+ (¿¿ 2 ) ¿ α 2=u−¿ W 2 . cos β 2=u −( c 1−u ) . cos β 2 c 2 . cos ¿
α 2=¿ u . ( 1 + cos β 2 ) −c 1 . cos β 2 c 2 . cos ¿
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 2:
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N Tambien : c 2=√ ( c 2u )
2
2
+( c m) 2
%eloc(4+4 Pe*(>F*(c+ ( u ) u=
π.D.n 60
u=u 1=u2
%eloc(4+4 *el+t()+ 4e ent*+4+ (w 1) W 1= c1− u
%eloc(4+4 *el+t()+ 4e s+l(4+ ( w ) 2
W 2=W 1 ( Ideal ) W 2= K w . W 1 ( Real ) Donde : k w 1
Com-onente me*(4(on+l 4e l+ )eloc(4+4 +&solut+ + l+ s+l(4+ c 2 u c 2 u=u −w2∗cos β 2
Com-onente -e*(>F*(c+ 4e l+ )eloc(4+4 +&solut+ + l+ s+l(4+ c 2 m c 2 m= tan β 2 ( u −c 2 u)
,"," NUMERO ESPECI2ICO DE RE%OLUCIONES e de=ne como el n/mero de revol&ciones a la *&e de$era "irar &na t&r$om'*&ina 8ara s&ministrar al e@e de &na t&r$ina o al ?&ido de &na $om$a &na 8otencia de 2 CV< en &n salto de 2m en condiciones de ó8timo rendimiento, 1/ 2
−5 /4
n s=n P H
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 2;
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
)onde
n =velocidad angular en rpm
H = Alura neaen m P a= Poencia uil en !" n s=numeroespeci#ico de revoluciones en m!"
E*&ivalencia 2W! 2,K;0 CV
Tu*&(n+s Pelton e clasi=can en lentas ( r'8idas, •
Turbinas Pelton lentas
#ienen el •
ns
8e*&e9o ( c&m8len con la relación
D d
X 31,
Turbinas Pelton Rápidas
#ienen el
ns
D $ d
"rande ( c&m8len con la relación
,
Qi", 23 – Com8aración entre rodete Pelton lentas ( r'8idas
#&r$ina Pelton lenta ns
#&r$ina Pelton R'8ida
Pe*&e9os P, e@, 0< m CVB
K m CVB INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 01
ns
altos P, e@,
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
Ca&dales 8e*&e9os
Ca&dales "randes
Re*&ieren m&c>as c&c>aras c&c>aras
Re*&ieren 8ocas
Nota,. la denominación lenta o r'8ida no est' re7erida a la velocidad an"&lar n del e@e sino al valor del n/mero es8ec=co de revol&ciones ns
,
+a ec&ación de
1/ 2
−5 / 4
n s= n Pa H
dem&estra *&e las t&r$inas Pelton
lentas -
Giran a velocidades relativamente m's $a@as *&e las t&r$inas r'8idas 8ara &n mismo salto, A$sor$en relativamente menos ca&dal "irando al mismo n/mero de revol&ciones ( con el mismo %, e destinan a saltos relativamente m's elevados 8or*&e "irando al mismo n/mero de revol&ciones ( a$sor$iendo el mismo ca&dal la t&r$ina de menor
ns
re*&erir' &n salto m's
elevado,
,"0" PGRDIDASH POTENCIAS Y RENDIMIENTOS EN TURBINAS PELTON ,"0"!" PGRDIDAS P&eden ser Pérdidas >idr'&licas< 8érdidas vol&métricas ( 8érdidas mec'nicas,
,"0"!"! PF*4(4+s <(4*5ul(c+s" #ienen l&"ar desde la entrada de la t&r$ina eB >asta el distri$&idor o el in(ectorF entre el distri$&idor ( el rodete ( en el t&$o de desa"Te,
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 02
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
,"0"!"," PF*4(4+s )olumFt*(c+s ,. e dividen en 8érdidas interiores Yi ( en 8érdidas eDteriores Ye,
,"0"!"0" PF*4(4+s mec5n(c+s" e de$en a la 7ricción entre elementos mec'nicos tales como . Rozamiento entre el 8rensaesto8as ( el e@e de la t&r$ina . Rozamiento del e@e con los co@inetes,
,"0"," POTENCIAS ,"0","!" Potenc(+ Te6*(c+ JPK ,. Potencia a$sor$ida o neta o 8otencia >idr'&lica 8&esta a dis8osición de la t&r$ina, Es la 8otencia *&e 8osee el l*&ido inmediatamente antes de ser &tilizada 8or la t&r$ina, P=% . & . H
,"0","," Potenc(+ t(l JP+K " Potencia al 7reno< Potencia en el e@e o Potencia restit&ida, Es la 8otencia mec'nica *&e entre"a la t&r$ina en el e@e del "enerador Pa= ' . (=
π 30
n . '
M momento mec'nico< se mide con &n tor*&metro, n velocidad an"&lar del rodete< se mide con &n c&entarrevol&ciones, INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 00
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
,"0","0" Potenc(+ Inte*n+ JP(K" Potencia s&ministrada 8or la t&r$ina descontando la 8otencia 8ara vencer los rozamientos mec'nicos, Pi= Pa + Perdidas de poencia mec)nica P i= P− Perdidas de poencia *idraulica + volumerica
,"0"0" RENDIMIENTOS Je/c(enc(+sK ,"0"0"!" Ren4(m(ento (4*5ul(co (,* ) ,. Rendimiento manométrico ,*=
H u u1 c1 u− u2 c2 u H
gH , (¿¿ v )
,"0"0"," Ren4(m(ento %olumFt*(co
,v =
%
% − % e −% i
%
%
=
¿
Y . ca&dal s&ministrado Y . Ye .Yi . ca&dal /til o ca&dal t&r$inado ,
,"0"0"0" Ren4(m(ento Inte*no (¿¿ i ) ¿ ,i=
Pi P
. ,v . ,*
,"0"0"3" Ren4(m(ento mec5n(co P a nm = Pi
,"0"0"= Ren4(m(ento Tot+l (, )
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 0
n (¿¿ m )
¿
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N ,=
Pa P
=, v . ,* . ,m
,"3" PARMETROS DE DISEÑO DE LA TURBINA Potenc(+ I4e+l JP(K" Pi=
(
& ∗%∗ H 75
)
en [ !" ]
)ónde γ 2111 W"Lm Peso Es8ec=co del A"&a,
β
n8ulo 4e s+l(4+: (¿¿ 2 ) ¿ El an"&lo β tiene &n valor com8rendido entre KS ( 01S < 2
8ara a8licaciones en series estandarizadas se considera &n 'n"&lo β i"&al a 21S 2
Promedio β 2=10 -
Coe/c(ente 4e )eloc(4+4es ( ) H (/ ) 7 ( K p ) o
o
o
Promedio =0.88
=0.87 −0.89
Promedio / =0.97 −0.98 / =0.975 Promedio K p= 0.44− 0.46 K p= 0.45
%eloc(4+4 Pe*(>F*(c+ (u ) INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 0H
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N u= K p∗[ c1 ( Real ) ]
Altu*+ 4e Eule*:
H (¿¿ e )
¿
1
H e = ∗( 1 + cos β2 )∗( " 1−0 )∗0 g
Ren4(m(ento <(4*5ul(co:
, (¿¿ H )
¿
H e , H = H D
Ren4(m(ento tot+l *e+l:
, oal (¿ ¿ ) real
¿
,oal= , H ∗ ,v∗ ,m real
Don4e:
,v = 1
,m =0.935
Potenc(+ *e+l en el e'e: INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 0K
P (¿¿ e1e )
¿
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
P e1e=,oal∗ P real
,"=" AL#ORITMO DE DISEÑO DEL RODETE ,"="!" C5lculo 4el nme*o 4e c
ns
¿ ¿ ¿i ¿ ∗/ ¿ ¿ ¿ ¿ 2 =¿
Para
0.0125 $
d $ 0.1667 D
,"="," C5lculo 4el 4(5met*o 4el c
P'"ina 03
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
√ 2∗ g∗ H D 4∗% 1/ 2 π ∗2 ∗/∗¿ ¿ d =¿
,"="0"
D(5met*o 4el *o4ete: JDK
ns
¿ ¿ ¿i ¿ ∗/ ¿ ¿ ¿ d =¿
D
,"="3"
D(5met*o ete*(o*: ( De3 )
D e3 = D + 2∗d
D
,"="="
¿ D(5met*o (nte*(o*: ∫ ¿ ¿ ¿
∫ ¿= D−2∗d D¿
,"="? Lon8(tu4 4e +*co ent*e cuc<+*+ 7 cuc<+*+:JsK
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 0
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
)e la ="&ra del tri'n"&lo< tenemos la si"&iente 7órm&la
(= ) = ( ) ( ) D + d
cos
4 5
2
2
D e3
D + d De3
2
⇒
E )EPEZA
[
4 5 =
−1 D cos
+d
D e3
65
]∗
2
^
Arco A7 8
^
8
A 7 = 4
5∗ D e3 2
´ e"mento A7 8 A´7 = De3 ∗sin 8
( ) 4 5 2
^
Arco 77 8
^ ( )∗( )∗ ´ 8
77=
K P
De3
/
D
INGENIERÍA MECANICA.VII
A 7
8
P'"ina 0:
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
Arco
^
^
A7
^^
A7 = A7 8 − 778
Entonces
^
9 =0.8∗ A7
,"?" AL#ORITMO DE DISEÑO DE LAS CUCARAS ,"?"!"
C5lculo 4el nme*o 4e cuc<+*+s: : cu ! 2o*m+:
( )
: cu =12+ 0.74 ∗
D d
( )
: cu =15 + 0.5∗
o
, 2o*m+: : cu =
π ∗ De3 9
)ónde
A7
¿^
9 =( 0.75 ; 0.85 )¿
,"?","
D(5met*o 4e l+ Punt+ D p
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 0;
D d
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
[()]
D P = Drod + 2
7 6
d
,"?"0"
D(5met*o Ete*(o*: D <
D < = D p + d
,"?"3"
P+*5met*os (nte*nos 4e 4(seo 4e l+ cuc<+*+:
α =20 - + β =10 -
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 1
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
•
•
•
•
•
b = [2,8 – 3,6] d b = 3.2 * d B = [1,2 – 1,7] d B = 1.45 * d = [2,! – 2,8!] d h= 2.675 * d " = [1,1 – 1,2!] d M= 1.175 * d e = [#,8 – 1,#] d e = 0.9 * d t = 1,5 * d
,"@" AL#ORITMO DE DISEÑO DE LOS INYECTORES ,"@"!"
Nume*o es-ec(/co (4e+l -o* c+4+ (n7ecto*: ( , 9i)
H D
¿ ¿ ¿
( , 9i) =
/
1 2
: ,∗( i ) I
¿ I = :umero de In+ecores
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 2
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
,"@","
P+*5met*os 4e 4(seo 4el (n7ecto*: a
)i'metro m'Dimo de la a"&@a,
α 0
An"&lo de la 8&nta de la a"&@a,
α 1
An"&lo de la 8&nta del in(ector
d
)i'metro de la 8&nta del in(ector, D Recorrido m'Dimo de la a"&@a, dv )i'metro del Recorrido m'Dimo de la a"&@a, b d2
+on"it&d de la a"&@a, )i'metro ma(or en la c&rvat&ra del in(ector,
l
+on"it&d del tramo recto del in(ector,
r
radio de c&rvat&ra del in(ector,
d1
)i'metro del tramo recto del in(ector,
•
•
•
•
•
•
a =1.42∗d = meros
α 0=40 −60, grados
α 1=60− 90, grados
d =1.1∗d = meros
3 =0.5∗d = meros
d v = 0.58∗d = meros
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 0
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N •
•
•
•
•
b =3.25∗d=meros
d 2= 4.5∗ d=meros
l =6∗d = meros
r =15∗d = meros
d 1=2.5∗d = meros
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
,"@"0" RADIO DE CUR%ATURA DEL BULBO El radio de c&rvat&ra del $&l$o >a de ser "rande< a =n de evitar des8rendimientos< el di'metro $ del mismo s&ele >acerse de manera *&e
b =1.25∗ d
El di'metro 4 de salida de la to$era se dise9a< de manera *&e el di'metro m'Dimo del c>orro 4 se alcance c&ando l sea
l=
d 2
+os valores ordinarios o com&nes *&e se constr&(e el $&l$o son 01S [
&
\ 1S
+a carrera del v'sta"o de la v'lv&la de a"&@a s&ele >acerse ma(or *&e la necesaria 8ara o$tener el di'metro m'Dimo del c>orro< esto con el =n de o$tener &na reserva de 8otencia
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina H
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
,""
PROCEDIMIENTO DE CLCULO
)eterminación de los 8ar'metros de dise9o dimensionales ( del ?&@o de la t&r$inas Pelton n/mero es8ec=co ideal< 8otencia ideal< di'metro del c>orro< n/mero de c>orros< di'metro del rodete< n&mero de c&c>aras< tra$a@o de E&ler< rendimiento total< 8otencia e7ectiva real< 8otencia eléctrica real, 5$tenemos los 8ar'metros iniciales de dise9o )A#5 Alt&ra o alto Neto %B
= m"
Velocidad de la #&r$ina NB
? *-m,
Ca&dal YB,
= m0s
VA+5RE AUMI)5 =0.88
/ =0.975 K p= 0.45
Potenc(+ I4e+l JP(K" Pi=
Pi=
(
(
& ∗%∗ H 75
) 3
( 1000 kg3 )∗( 5 m )∗( 850 m ) s m 75
)
Pi=56 666.67 !"
Nme*o es-ec./co 4e *e)oluc(ones
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina K
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N 1/ 2
−5 /4
n s=n P H
1/ 2
− 5/ 4
n s=(600 ) rpm∗(56 666.67 ) !" ¿( 850 )
m
n s=31.12
Nume*o 4e c
¿ ¿
( ns ) 1 576∗(¿
2
2
∗d
D
¿ ∗ K p )
¿ 2 =¿
0.975 0.88∗¿
¿
31.12 576∗(¿ 0.5∗( 0.0896 )∗(0.45 )¿ ¿)
2
2 =¿
¿
2 =2.092=2
A*+cc(6n 4e d / D *e+l -+*+ l+ tu*&(n+:
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina 3
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N ∗/
¿ ¿ 576∗¿ d ( ns ) = ¿ D
0.88∗0.975
¿ ¿ 576∗¿
d 31.12 = ¿ D
d = 0.0917 D
D(5met*o 4el c
√ 2∗ g∗ H D 4∗% 1/ 2 π ∗2 ∗/∗¿ ¿ d =¿
d=
[
√ (
π ∗2∗0.975∗
)
∗ 9.81
2
]
/
1 2
3
m 4∗( 5 s
m 2 s
)∗
850 m
d =0.1590 m
An5l(s(s 4el t*(5n8ulo 4e )eloc(4+4es %eloc(4+4 +&solut+ 4e ent*+4+ ( c 1 ) INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N c 1=√ 2 gH ( Ideal )
√
c 1= 2∗9.81
c 1=129.139
m ∗850 m 2 s
m s
c 1=/ √ 2 gH ( Real )
c 1=0.975∗129.139
c 1=125.911
m s
m s
%eloc(4+4 Pe*(>F*(c+ (u ) u= K p∗[ c1 ( Real ) ]
u= 0,45∗125.911
u=56.660
m s
m s
%eloc(4+4 *el+t()+ 4e ent*+4+ ( w ) 1
w 1= c 1 − u m m W 1=( 129.139 )−( 56.660 ) s s
w 1=72.479
m s
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina :
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
%eloc(4+4 *el+t()+ 4e S+l(4+ (w 2) w 2=W 1 ( Ideal )
w 2=w 1=72.479
m s
w 2= K w . w1 ( Real )
w 2=0.9∗72.479
w 2=65.231
m s
m s
Com-onente me*(4(on+l 4e l+ )eloc(4+4 +&solut+ + l+ s+l(4+ c 2 u c 2 u=u −w2∗cos β 2
(
c 2 u= 56.660
c 2 u=−7.58
)(
)
m − 65.231 m ∗cos10 s s
m s
Com-onente -e*(>F*(c+ 4e l+ )eloc(4+4 +&solut+ + l+ s+l(4+ c 2 m c 2 m= tan β 2 ( u − c 2 u)
[(
c 2 m= tan ( 10 ) 56.660
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina ;
)
]
m −(−7.58 m ) s s
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N c 2 m=11.33
Altu*+ 4e Eule*:
H e =
1
g
m s
H (¿¿ e )
¿
∗( 1 + cos β )∗( c −u )∗u 2
1
H e =
9.81
m s
1
(
∗ (1 + 0.88cos 10 )∗
72.479
)
m m ∗56.660 s s
2
H e =781.409 m
Ren4(m(ento <(4*5ul(co:
, (¿¿ H )
¿
H e , H = H D
, H =
781.409 m 850 m
, H =0.919
Ren4(m(ento tot+l *e+l:
, oal (¿ ¿ ) real
¿
,oal= , H ∗ ,v∗ ,m real
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina H1
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
,oal= 0.919∗1∗0.935 real
,oal= 0.859 real
Potenc(+ *e+l en el e'e:
P (¿¿ e1e )
¿
Pe1e = ,oal∗ Pi real
Pe1e = 0.859∗4250000 w
Pe1e = 3650750 w Pe1e = 3.651 'w
,"" DETERMINACIN DE LOS PARMETROS DIMENSIONALES DEL RODETEH CUCARAH INYECTORH CARCASA" ,""!" Ro4ete D(5met*o 4el *o4ete: JDK
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina H2
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N d = 0.0917 D
D=
D=
d 0.0917
0.1590 0.0917
D =1.73 m
D(5met*o ete*(o*: ( D e3 ) De3 = D + 2∗d
De3 = 1.73 + 2∗0.1590
D e3 =2.048 m D
¿ D(5met*o (nte*(o*: ∫ ¿ ¿ ¿
∫ ¿= D−2∗d D¿
∫ ¿=1.73−2∗0.1590 D¿
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina H0
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
∫ ¿=1.412 m D ¿
Lon8(tu4 4e +*co ent*e cuc<+*+ 7 cuc<+*+:JsK
%+*(+c(6n 4e 45
[
4 5 =
−1 D cos
+d
D e3
[
− 1 1.73
4 5 = cos
]∗
2
]
+ 0.1590 ∗ 2
2.084
4 5 =49.97 -
4 5 = 0.782 rad
^
A*co A7 8
^
8
A 7 = 4
^ ^
8
A 7 =
5∗ D e3 2
0.782∗2.084 2
8
A 7 =0.8148 m
´ Se8mento A7 8 A´7 = De3 ∗sin 8
( ) 4 5
A´7 =2.084 ∗sin 8
2
(
49.97 2
)
´ 8 =0.88 m A7
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina H
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
^
A*co 77 8
^ ( )∗( )∗ ´ ^ =( )∗( )∗ ^= 8
77=
77
8
77
8
K P
D e3
/
D
A 7
0.45
2.084
0.975
1.73
8
0.88
0.489 m
A*co
^ ^ ^= A7 ^= A7
^
A7
A7 = A7 8 − 778
^
0.8148 − 0.489
0.3258 m
Entonces 9 =0.8∗ A7
^
9 =0.8∗0.3258 9 =0.2606 m
,""," Cuc<+*+ Nme*o 4e cuc<+*+s:
: (¿¿ cu )
¿
EDisten 0 7órm&las 8ara calc&lar el n/mero de c&c>aras< de las c&ales se ele"ir' el res<ado de dic>a 7órm&la *&e conten"a el ma(or valor entero s&8erior
! >o*m+:
( )
: cu =12+ 0.74∗
INGENIERÍA MECANICA.VII
D d
o
P'"ina HH
( )
: cu = 15 + 0.5∗
D d
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
(
: cu =12+ 0.74∗
: cu =20.052
1.73 0.1590
]
)
21
(
: cu = 15 + 0.5∗
o
o
, >o*m+: : cu =
: cu =
π ∗ De3 9
π ∗( 2.084 ) 0.2606
: cu =25.123
: cu =26
Entonces: : cu =26
Rec+lcul+n4o el )+lo* 4e S se*5: 9=
9=
π ∗ De3 : cu
π ∗(2.084 ) 26
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina HK
1.73 0.1590
)
: cu =20.44 > 21
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N 9 =0.252
D(mens(ones 4e l+ cuc<+*+ D(5met*o 4e l+ -unt+
[()] 7
D P = Drod + 2
6
d
[( )
D P =1.73 + 2
7 6
0.1590
]
D P =2.101 m
D(5met*o ete*(o*
D < = D P+ d
D < =2.101 + 0.1590
D < =2.26 m
C5lculos (nte*nos en l+ cuc<+*+ $ ,0 ^ d
$ ,0 ^
0.1590
& "= m
- 2,HK ^ d
- 2,HK ^ INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina H3
0.1590
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
B ",0? m
> 0,3K ^ d
> 0,3K ^
0.1590
< "3,=0 m
M 2,2K ^ d
M 2,2K ^
0.1590
M "!? m
e 1,; ^ d
e 1,; ^
0.1590
e "!30! m
t 2
t 2,K ^
0.1590
t ",0= m
,""0" In7ecto*es Nme*o 4e (n7ecto*es: J(K i =2
Nme*o es-ec./co (4e+l -o* c+4+ (n7ecto* J n si K
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina H
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
1 /2
Pi n∗( ) I n 9I = 1.25 H D
600 rpm
n 9I =
∗(
5666.67 2
/
1 2
)
1.25
850
n 9I =6.96
P+*5met*os 4e 4(seo 4el (n7ecto* a =1.42∗0.1590
a =225.78 mm
α 0=50 α 1=75, -
d =1.1∗0.1590
d =174.9 mm
d v = 0.58∗0.1590 d v = 92.22 mm
b =3.25∗0.1590
b =516.75 mm
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina H:
)IE45 6 CA+CU+5 )E UNA #UR-INA PE+#5N
d 2= 4.5∗0.1590
d 2=715.5 mm 3 =0.5∗0.1590
3 = 79.5 mm l =6∗0.1590
l =954 mm
r =15∗0.1590
r =2385 mm
d 1=2.5∗0.1590
d 1=397.5 mm
P+*5met*o 4el *+4(o 4e l+ cu*)+tu*+ 4el &ul&o b =1.25∗0.1590 b =0.1986 m
l=
0.1590 2
l =0.0795 m
INGENIERÍA MECANICA.VII
P'"ina H;