98777737-Turbina-Pelton.doc

UNI – FIM

Laboratorio de Ingeniería Mecánica II MN 463-D

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE INGENIERIA MECÁNICA II MN 463

TURBIN TURBINA A PELTON PELTON Profesor Gruo

:

Ing. Cesar Ugarte

:

Per" Per"o# o#oo A$%# A$%#&' &'"$ "$oo :

! 200 – I

!(() 200 - I

0

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INTRODUCCI*N !" inter#s act$a" en b$scar n$e%as &$entes de energía' (a )$e e" *etr+"eo es $na &$ente agotab"e' ,a incenti%ado incenti%ado "a bs)$eda de n$e%as n$e%as &oras *ara *rod$cir energía. energía. /in ebargo' ebargo' desde ,ace $c,o tie*o' "a energía e"#ctrica se *resenta coo $na anera "i*ia de satis&acer n$estras necesidades necesidades energ#ticas. energ#ticas. ara ara "a gene genera raci ci+n +n de ener energí gíaa e"#c e"#ctr tric icaa se *$ed *$eden en e*" e*"ea earr "as "as Cent Centra ra"e "ess 1idroe"#ctricas' )$e a*ro%ec,an $na s$stancia tan con coo e" ag$a' inagotab"e si es )$e es bien a*ro%ec,ada conser%ándo"a "i*ia5 ( no *rod$ce containaci+n *or sí isa. !sto ""e%+ a concebir "a idea de $na r$eda *ro%ista de a"abes en s$ *eri&eria )$e "ograse ca*tar "a energía )$e *ro%iene de $n c,orro de ag$a en $n t$bería a a"ta *resi+n. !sta á)$ina sería ca*a de absorber "a energía cin#tica de" &"$7o ( con%ertir"a en energía ecánica' es decir recibir "a energía en &ora giratoria ( entregar"a de "a isa &ora o %ice%ersa. 8 estas á)$inas se "es ""a+ 9U:;IN8/. Una á)$ina )$e e*"ea ag$a *ara s$ &$ncionaiento es "a 9U:;IN8 1ID:8L8N >8L8N ( !L9? !L9?N. N. !n e" *resen *resente te in&or in&oree nos dedicareos 7$staente en ca"c$"ar "a *otencia )$e desarro""an estas 9$rboá)$inas@ en es*ecia" "a 9$rbina e"ton *or e""o $ti"iareos #todos a*ro*iados coo "a de" &reno de cinta ron( *ara e%a"$ar "a e&ecti%idad de "a 9$rbina d$rante s$ &$ncionaiento ( e%itar desgastes en "a isa.

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A

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OB+ETIVOS 

8na"iar "a %ariaci+n de "as distintas e&iciencias in%o"$cradas en "a o*eraci+n de $na t$rbina e"ton' con res*ecto a "a %e"ocidad de giro de s$ e7e' así coo s$ co*ortaiento *ara di&erentes a"t$ras.



Deterinar "a c$r%a de *#rdidas en e" generador.

FUNDAMENTO TE*RICO TURBOMÁ,UINAS -IDRÁULICAS /on á)$inas ,idrá$"icas rotati%as )$e se e*"ean act$a"ente en "a trans&erencia de energía entre e" ag$a ( $n rotor o %ice%ersa5 *ro%isto de a"abes. 9abi#n son ""aados 9$rboá)$inas de &"$ido inco*resib"es *or "a nat$ra"ea de" &"$ido de traba7o.

TURBINA -IDRÁULICA 9rans&ora "a energía ecánica. /on 9$rboá)$inas )$e trans&ieren "a energía coetida en e" ag$a a $n rotor *ro%isto de a"abes' ientras e" &"$7o *asa a tra%#s de estos.

CLASIFICACI*N DE LAS TURBINAS -IDRÁULICAS Según la dirección que sigue el agua por el rotor.

Radiales: !"

*aso de" ag$a *or e" rotor se e&ecta en direcci+n radia". 9$rbina

F:8NCI/. Axiales:

!" *aso de" ag$a entre "os a"abes se ,ace en direcci+n de" e7e de "a á)$ina.

9$rbinas >8L8N ( !L9?N. Tangenciales: !" ata)$e de" ag$a a" rotor es de &ora tangencia". 9$rbina !L9?N.

Según como aprovecha la energía del agua

De Impulso: /i

"a t$rbina a*ro%ec,a so"aente "a energía cin#tica de" ag$a. 9$rbina

!L9?N De reacción: /i

"a t$rbina a*ro%ec,a "a energía estática de" ag$a ( "a dináica.

9$rbinas >8L8N B F:8NCI/.

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2

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CRITERIOS PARA LA SELECCI*N DE TURBINAS -IDRÁULICAS Nora"ente "as condiciones ,idrá$"icas de $n *ro(ecto &i7an so"aente dos de tres *aráetros característicos= 8"t$ra de Caída 15' Ca$da" 5' ( otencia 5. Conocidos "os *aráetros 1 (  o 1 (  se *$ede se"eccionar $n ti*o deterinado de t$rbinas a tra%#s de" conociiento de "os *aráetros característicos de diseo (Eo se"ecci+n coo son= "a %e"ocidad es*ecí&ica Ns5 o "a ci&ra de rotaci+n  5. Ns 

N 

N P H F E 4

 

Q

5A E 2



 2 gH 5 F E 4

TURBINA PELTON Las t$rbinas e"ton coo (a se di7o son t$rbinas ,idrá$"icas de i*$"so' es accionada *or $n c,orro de ag$a )$e i*acta a a"ta %e"ocidad contra "as c$c,aras ( abandona estas sin %e"ocidad' *or "o tanto a "a entrada ( sa"ida de "a á)$ina no ,a( %ariaci+n de *resi+n *resi+n atos&#rica5. Los a"abes o c$c,aras están ontadas en $n rodete' e" c$a" co$nica $n *ar ecánico a $n e7e. Las 9$rbinas e"ton son e*"eadas *ara grandes a"t$ras ( ba7os ca$da"es' (a )$e se "es considera t$rbinas de adisi+n *arcia"' esto es debido a )$e "as c$c,aras de "a r$eda no están en contacto con e" ag$a *eranenteente' (a )$e *ara cada giro' e" ag$a i*acta s+"o $na %e ( *or $n tie*o $( *e)$eo en cada c$c,ara.

CARACTERÍSTICAS 200 - I

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La a"ientaci+n se e&ecta a tra%#s de "as toberas )$e trans&oran "a energía estática de" ag$a en dináica. !" &"$ido sa"e en &ora de c,orro "ibre de "as toberas' "as c$a"es enc$entran co"ocada a" &ina" de "a t$bería de *resi+n. Las toberas están *ro%istas de $na ag$7a de cierre *ara reg$"ar e" ca$da". !" á"abe tiene "a &ora de dob"e c$c,ara' con $na arista diaetra" sobre "a )$e incide e" ag$a' *rod$ci#ndose $na des%iaci+n si#trica en direcci+n aGia"' b$scando $n e)$i"ibrio dináico de "a á)$ina en esa direcci+n. or ser e" ata)$e de" ag$a en sentido tangencia" a "a r$eda se "a denoina tabi#n t$rbina Htangencia"H *or tener e" &"$ido $n recorrido aGia" a s$ *aso *or e" á"abe' se c"asi&ica tabi#n entre "as á)$inas de ti*o aGia". !nc$entra 7$sta a*"icaci+n "a t$rbina e"ton' en a)$e""os a*ro%ec,aientos ,idrá$"icos donde "a *onderaci+n de "a carga es i*ortante res*ecto a" ca$da". La %e"ocidad es*ecí&ica es *$es ba7a entre A0 ( 60 en e" sistea #trico. La t$rbina e"ton' *or "a senci""e de s$ constr$cci+n ( *or raones de ti*o ,idrodináico es "a )$e tiene "a áGia e&iciencia entre todos "os otores ,idrá$"icos. ?tra de s$s c$a"idades es )$e *erite e" aco*"aiento directo con "os generadores e"ectr+nicos de a"ta %e"ocidad' (a )$e *$ede *ro(ectarse *ara e"e%adas %e"ocidades tangencia"es de" rodete.

Fig. A. Diagraa es)$eático de $na r$eda e"ton !" c,orro )$e eerge de "a tobera c,oca si#tricaente contra e" di%isor ( se distrib$(e *or ig$a" entre "as dos itades de "a cao"eta ,eis&#rica' coo se %e en "a &ig$ra. La "ínea de centro de "a cao"eta no se *$ede &abricar eGactaente coo $n %#rtice ateático' en *arte debido a di&ic$"tades de &abricaci+n ( en *arte *or)$e e" c,orro )$e c,oca contra e" %#rtice arrastra in%ariab"eente *artíc$"as de arena $ otros ateria"es

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abrasi%os )$e tienden a desgastar"o. !" áng$"o de entrada está *or tanto entre A ( 3 ' *ero se s$*one sie*re )$e es cero en todos "os cá"c$"os. 9e+ricaente' si "a cao"eta &$era eGactaente ,eis&#rica' des%iaría e" c,orro $n áng$"o de AJ0. !n este caso' "a %e"ocidad re"ati%a de" c,orro a" sa"ir de "a cao"eta' tendría o*$esta direcci+n a "a %e"ocidad re"ati%a de" c,orro )$e entra. !sto no se *$ede obtener en "a *ractica *$esto )$e e" c,orro a" sa"ir de "a cao"eta go"*earía "a *arte *osterior de' "a sig$iente cao"eta ( ca$saría sa"*icad$ras e inter&erencia de anera )$e "a e&iciencia tota" de "a t$rbina descendería a $n %a"or bastante ba7o. or tanto' "a de&"eGi+n ang$"ar de" c,orro en "a cao"eta se "iita en "a *ráctica a a*roGiadaente. A6 + AK0' ( *or tanto "a Cao"eta es "igeraente enor )$e $n ,eis&#rio.

CLASES De eje Horizontal

!" nero de entradas son de $na a dos *or res$"tar co*"icada "a insta"aci+n en *"ano %ertica" de "as t$berías de a"ientaci+n ( "as ag$7as de in(ecci+n. La %enta7a de este ti*o de t$rbina es "a &áci" ins*ecci+n ( re*araci+n de "a r$eda' "os in(ectores sin necesidad de desontar"os. erite tabi#n este ti*o de t$rbinas insta"ar t$rbinas gee"as *ara $n s+"o generador co"ocado entre abos. De eje Vertical

!" sistea de a"ientaci+n toberas ( ag$7as5 se enc$entra en $n *"ano ,orionta"' "o )$e *erite a$entar e" nero de c,orros *or r$eda de c$atro a seis. !" ca$da" *$ede ser a(or así coo "a *otencia *or $nidad.

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

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?tra %enta7a de esta t$rbina es )$e e" e7e 9$rbina-enerador se acorta' se red$ce "as eGca%aciones' se *$ede disin$ir e" diáetro de "a r$eda ( a$entar "a %e"ocidad de giro. !n conc"$si+n se red$ce e" *eso de "a t$rbina. La des%enta7a de este ode"o de t$rbina es )$e se ,ace ás di&íci" "a ins*ecci+n ( re*araci+n.

PARTES PRINCIPALES El rodete

!sta constit$ido *or $n disco de acero con a"abes *eri&#ricos en &ora de dob"e c$c,ara. !stos *$eden estar &$ndidos en $na so"a *iea o indi%id$a"ente' s$7etándose a" disco *or edio de b$"ones. /e *re&iere "a &$ndici+n en $na so"a *iea *ara 9$rbinas )$e $ti"ian grandes %e"ocidades es*ecí&icas *ara "ograr a(or rigide ( so"ide@ $ni&oridad en "a resistencia ( onta7e rá*ido. !" ateria" de "os a"abes debe resistir a "a &atiga' a "a corrosi+n ( a "a erosi+n. !" nero de a"abes esta a"rededor de "os AK a 26 *or r$eda' *ara a"tas %e"ocidades es enor e" nero de a"abes ( %ice%ersa. El inyector

!sta constit$ido *or $na tobera con%ergente' con ag$7a de cierre c+nica@ La *osici+n de esta "tia deterina e" grado de a*ert$ra de "a tobera ( en consec$encia e" gasto o ca$da". !" ateria" de" in(ector debe ser ta" )$e resista "a acci+n abrasi%a ( corrosi+n de" ag$a. !n "a &ig$ra se $estra $n cro)$is de "a t$rbina en con7$nto *ara *oder a*reciar "a distrib$ci+n de "os co*onentes &$ndaenta"es. Un c,orro de ag$a con%enienteente dirigido ( reg$"ado' incide sobre "as c$c,aras de" rodete )$e se enc$entran $ni&oreente distrib$idas en "a *eri&eria de "a r$eda. Debido a "a &ora de "a c$c,ara' e" ag$a se des%ía sin c,o)$e' cediendo toda s$ energía cin#tica' *ara caer &ina"ente en "a *arte in&erior ( sa"ir de "a á)$ina. La reg$"aci+n se "ogra *or edio de $na ag$7a co"ocada dentro de "a t$bería. !ste ti*o de t$rbina se e*"ea *ara sa"tos grandes ( *resiones e"e%adas.

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6

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A.

: odete

2.

C $c,ara

3.

8 g$7a

4.

9 obera

.

C ond$cto de entrada

6.

M ecaniso de reg$"aci+n

K.

C áara de sa"ida

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K

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:odete ( c$c,ara de $na t$rbina enton

200 - I


9$rbina enton ( a"ternador

J

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E,UIPOS ;8NC? D! :U!;8/ 8:8 L8 9U:;IN8 !L9?N Características técnicas del anco:

Tur."/% Pe01o/ Marca

=

8ri&ie"d 1(dra$"ic !ngineiring !ng"and.

9i*o

=

e"ton M>2

/erie

=

206A

8"t$ra Noina"

=

3 AK *ies5

e"ocidad Noina"

=

AA60 r*

otencia Noina"

=

 1

Mo1o.o'.% Motor

=

Nean Motor INC.

9i*o

=

2A DD AJA ;;

/erie

=

 424K0A

otencia

=

K. 1

e"ocidad

=

3600 r*

;oba

=

/ig$nd $* L9D.

9i*o

=

N-NL3

/erie

=

A4K304

200 - I



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M%/2'e1ro :ango

=

8*roGiaci+n =

0 – A00 /I 2 /I

T%$2'e1ro D""1%0 :ango =

0 – 200 r*

8*roG =

0 r*

Ver1e#ero Marca =

O(ers triang$"ar de 0

:ango =

0-30c

200 - I

A0

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PROCEDIMIENTO A. !ncendeos "a boba ( reg$"aos "a bo)$i""a de eisi+n de ag$a a $na *resi+n deterinada 20' 30 ( 40*si5. 2. Medios "a a"t$ra en e" "iníetro *ara ca"c$"ar e" ca$da". 3. Medios "a &$era en e" dina+etro c$ando no ,a( carga. 4. Medios "a %e"ocidad ang$"ar con a($da de" tac+etro c$ando no ,a( carga. . 8*"icaos carga a" sistea &ocos5. 6. Medios "a &$era ( "a %e"ocidad ang$"ar en cada %ariaci+n de carga. K. :e*etios e" *rocediiento *ara "as di&erentes *resiones. J.

CÁLCULOS  RESULTADOS DATOS DE LABORATORIO De "a eG*eriencia de "aboratorio se toaron "os sig$ientes datos= Longit$d de brao en e" dina+etro L P J.2 c. Pruea !:

, P A0K . ent P 20 *si Nº DE FOCOS 1 2 3  5 ! 7

F (KG) 2.8 3.1 3.5 3.8 .1 .1 .

N(RPM) 930 918 908 898 893 891 885

ALTURA DEL LINIMETRO (mm) 107 107 107 107 107 107 107

F (KG) .1 .9 5.! !.3 !.8 7.2 7.!

N (RPM) 1123 1102 1080 10!1 102 102 101!


Pruea ":

, P A0 . ent P 30 *si Nº DE FOCOS 1 2 3  5 ! 7

200 - I

AA

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Pruea #:

, P A0 . ent P 40 *si Nº DE FOCOS 1 2 3  5 ! 7

F (KG) 5 ! !.8 7.! 8.3 8.8 9.2

N (RPM) 12!3 1233 1195 1173 119 1128 1103


PROCEDIMIENTO PARA REALI5AR LOS CÁLCULOS % Po1e/$"% -"#r7u0"$% 8P- PH   gQH QQQ.A5

Donde=

R=

densidad de" ag$a.

g=

ace"eraci+n de "a gra%edad.

1=

a"t$ra si$"ada o a"t$ra ti".

=

ca$da" H 

P

2





Donde

9=

8e=

2 g

%e"ocidad de entrada a "a bo)$i""a.

$ T

Donde

$ T



Q Ae

área de entrada a "a bo)$i""a SP35 F

Q

Donde



Cdx A.4A6 x% 2 5

Cd=

coe&iciente de descarga 0.6J5

,=

a"t$ra edida en e" "iníetro en etros5

. Po1e/$"% #e0 Ro#e1e 8-Pr H r   Q' 4$ c%

200 - I



' 54A  & cos4 5 QQQQ.25

A2

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Donde=

U=

%e"ocidad tangencia".

c,= %e"ocidad de" c,orro. > P 0. T P A0 $ c% '

Donde=

=





0.KF 2 gH

(r p

%e"ocidad ang$"ar.

r*P.6JK

$ Po1e/$"% %0 Fre/o 8B-P *HP  )d V R V ( QQQ.35

Donde=

Fd=

&$era edida en e" dina+etro.

: P 3

# Ef"$"e/$"% Me$7/"$% 89' m



*HP H 0r

QQ..45

e Ef"$"e/$"% -"#r7u0"$% 89 %



H 0r PH

QQQ.5

f Ef"$"e/$"% To1%0 89T  T

200 - I



*HP PH

QQQ.65

A3

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Con a($da de $na 1o7a de Cá"c$"o en Microso&t !Gce"W' ca"c$"aos cada $no de estos *aráetros= r$eba A= PH(W)

Q(m3/s)

Vt(m/s)

Vch(m/s)

H(m)

605.4900

0.0036

0.7907

17.9589

17.1162

Foco

N(RPM)

F(N)

T(Nm)

BHP(W)

ηm

ηT

ηh

U(m/s)

HPr

1

930

27.47

2.27

220.83

0.593

0.365

0.615

14.0689

372.2686

2

918

30.41

2.51

241.33

0.627

0.399

0.635

13.8873

384.6136

3

908

34.34

2.83

269.51

0.683

0.445

0.652

13.7361

394.5586

4

898

37.28

3.08

289.38

0.716

0.478

0.668

13.5848

404.1923

5

893

40.22

3.32

310.49

0.759

0.513

0.675

13.5091

408.8923

6

891

40.22

3.32

309.80

0.754

0.512

0.678

13.4789

410.7506

7

885

43.16

3.56

330.23

0.793

0.545

0.687

13.3881

416.2506

r$eba 2= PH(W)

Q(m3/s)

Vt(m/s)

Vch(m/s)

H(m)

905.4800

0.0038

0.8282

21.4591

24.4383

Foco

N(RPM)

F(N)

T(Nm)

BHP(W)

ηm

ηT

ηh

U(m/s)

HPr

1

1123

40.22

3.32

390.46

0.722

0.431

0.598

16.9885

541.0939

2

1102

48.07

3.97

457.92

0.805

0.506

0.628

16.6709

568.7074

3

1080

54.94

4.53

512.89

0.860

0.566

0.658

16.3380

596.0934

4

1061

61.80

5.10

566.85

0.917

0.626

0.683

16.0506

618.4748

5

1042

66.71

5.51

600.88

0.939

0.664

0.706

15.7632

639.6791

6

1024

70.63

5.83

625.24

0.949

0.691

0.727

15.4909

658.6815

7

1016

74.56

6.15

654.82

0.982

0.723

0.736

15.3699

666.7878

r$eba 3= PH(W)

Q(m3/s)

Vt(m/s)

Vch(m/s)

H(m)

1042.3711

0.0034

0.7543

24.1257

30.8893

Foco

N(RPM)

F(N)

T(Nm)

BHP(W)

ηm

ηT

ηh

U(m/s)

1

1263

49.05

4.05

535.54

0.861

0.514

0.597

19.1064

622.2724

2

1233

58.86

4.86

627.38

0.947

0.602

0.635

18.6526

662.4203

3

1195

66.71

5.51

689.11

0.971

0.661

0.681

18.0777

709.4371

4

1173

74.56

6.15

756.01

1.029

0.725

0.705

17.7449

734.6972

5

1149

81.42

6.72

808.75

1.063

0.776

0.730

17.3819

760.6143

6

1128

86.33

7.13

841.80

1.077

0.808

0.750

17.0642

781.8885

7

1103

90.25

7.45

860.55

1.068

0.826

0.773

16.6860

805.5072

200 - I

HPr

A4

UNI – FIM


GRÁFICAS Prue.% ;

200 - I

A

UNI – FIM

200 - I


A6

UNI – FIM


Prue.% !

200 - I

AK

UNI – FIM

200 - I


AJ

UNI – FIM

200 - I


A

UNI – FIM


Prue.% 3:

200 - I

20

UNI – FIM

200 - I


2A

UNI – FIM

200 - I


22

UNI – FIM


OBSERVACIONES 

/e obser%+ )$e e" banco de *r$ebas de "a 9$rbina e"ton so"o se *$ede $ti"iar *ara cierto rango de *otencias' (a )$e' *ara %a"ores &$era de este rango "os %a"ores obtenidos *resentan $c,o error.



La t$rbina e"ton se enc$entra en $n estado ace*tab"e de $ti"iaci+n' a di&erencia de %arios e)$i*os de "aboratorio' c"aro )$e s$ $so es *$raente acad#ico.



!" dina+etro tiene )$e estar a"ineado *ara toar "os %a"ores de &$era en &ora correcta.

CONCLUSIONES 

Las grá&icas tanto de *otencia coo de e&iciencia en teoría tienen $na tendencia *arab+"ica ,acia aba7o. N$estras grá&icas *resentan "a *arte de caída de "as c$r%as te+ricas.



!n "as grá&icas obtenidas *ara 30 ( 40*si se obser%a )$e *ara $na isa %e"ocidad de giro ,a( %a"ores de carga di&erentes' esto es debido a )$e "os datos toados estaban &$era de" rango ace*tab"e de $ti"iaci+n de "a t$rbina.



Las grá&icas *ara 30 ( 40*si de$estran )$e *ara $na a(or a"t$ra de caída de ag$a' "a t$rbina es ás e&iciente.



La e&iciencia tota" áGia de "a 9$rbina e"ton *ara "os datos toados %a en a$ento con&ore a$entaos a" a"t$ra ( se antiene en $n rango ace*tab"e' *eo "a e&iciencia ecánica %eos )$e sobre*asa e" A00X' "o c$a" indicaría $na &a""a en "a toa de datos o cá"c$"os.

200 - I

23

UNI – FIM


BIBLIOGRAFÍA A. o"o' !.' 9U:;?M8UIN8/ 1ID:
200 - I

24

98777737-Turbina-Pelton.doc

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