TURBINA PELTON PRINCIPIO BASICO DE FUNCIONAMIENTO
El funcionamiento de la turbina Pelton es simple. Cuando un chorro de agua a alta velocidad, a través de una tovera, se inyecta e impacta en los álabes de una rueda Pelton se induce una fuerza de impulso. Esta fuerza hace girar la turbina. La ro rota taci ción ón de dell e ee e de la tu turb rbin ina a ha hace ce gi gira rarr un ge gene nera rado dorr pa para ra pr prod oduc ucir ir electricidad.
Fig.1 La rueda Pelton gira como resultado de la fuerza de impulso que produce el chorro de agua
En resumen, la turbina Pelton transforma la energ!a cinética del chorro de agua en energ!a de rotación o giro de un ee .
Manejo de la rueda Pelton La demanda de energ!a puede fluctuar en el tiempo. "n mecanismo de control, #ue regula la posición de la agua dentro de la tovera cumple este re#uisito. $l reducirse la demanda de energ!a, la agua dentro de la bo#uilla se mueve hacia adelante reduciendo la salida de agua de la tovera y por tanto el régimen del caudal de salida. %i aumenta la demanda de energ!a, la agua se mueve hacia atrás deando #ue el caudal aumente. La siguiente figura ilustra este mecanismo. Primero la posición de la agua hacia adelante produce bao caudal, mientras #ue la segunda posición produce un aumenta del régimen de fluo.
Fig.2 El control del regimen del ujo de agua en la rueda Pelton se realize monitoreando la posición de la aguja dentro ded la tobera.
&e esta manera en la turbina Pelton, se realiza la sincronización entre la demanda de energ!a y el suministro eléctrico mediante el control del régimen del fluo de agua. La misma técnica se utiliza en otros tipos de turbinas hidroeléctricas. &icho maneo, a su vez asegurará #ue la turbina gire a una 'P( constante previamente especificada )*+z ó -+ z, es decir se austa a la frecuencia )z del suministro eléctrico. $s!, este mecanismo act/a como un sistema de control de la velocidad de la rueda Pelton.
Numero de álabes en la rueda Pelton "no de los parámetros mas imporante del dise0o de la trubina Pelton es el n/mero de de álabes en la rueda. %i este n/mero es inadecuado, resulta en una pérdida del chorro de agua. Con un n/mero reducido de álaves en algunos momentos de la operación de la turbina, se pierde completamente el chorro de agua. Esto perudica drásticamente la eficiencia de la turbine Pelton. &e manera #ue el dise0o debe considerar un n/mero apropiado de álabes #ue aseguren #ue no haya pérdida o desaprovechamiento del agua.
Fig. E!ect of number of buc"ets on #ater$buc"et interaction
Alabe del rodete Pelton – Diseño y carácterísticas
El componente vital de la rueda Pelton o del rodete Pelton es cada uno de sus álabes. El álabe es fundido como una sola pieza sólida de manera de evitar as! fallas por fatiga.
Fig.% &istas diferentes del 'labe Pelton.
El chorro es dividido en 1 componentes iguales con la ayuda del divisor. La forma especial del álabe hace #ue el chorro gire casi 23+ grados. Esto produce una fuerza de impulso sobre el álabe. 4uerza #ue proviene de la segunda ley de movimiento de 5e6ton. El ángulo de salida de la cuchara de casi 23+ grados es empleada para ma7imizar la fuerza e impulso. %e habilita un corte en la parte inferior de los álabes. Esto asegura #ue el chorro de agua no sea interferido con los álabes siguientes. $ cut is provided on bottom portion of buc8ets. 9his ma8es sure that 6ater et 6ill not get interfered by other incoming buc8ets.
Pelton – Una turbina de impulso &esde #ue el chorro de agua #ueda e7puesto a la atmósfera, la presión de entrada y de salida del chorro de agua estará a la misma presión atmosférica. %in embargo, la velocidad absoluta del fluido se reducirá enormemente entre la entrada del chorro al álabe hasta su salida del mismo. Esta disminución de energ!a cinética es la má7ima #ue puede ser absorvida por el álabe. :ueda claro asi, #ue la la turbine Pelton gana u obtiene energ!a mecánica solamente debido al cambio #ue ocurre en el valor de la energ!a cinética del chorro y no debido a alg/n cambio en la energ!a de presión del chorro. Lo #ue significa #ue La Pelton es una turbina puramente una má#uina de impulso.
Fig.( &ariación de presión ) *elocidad en el 'labe de la turbina Pelton
La fuerza de impulso producido por chorro de agua es elevado cuando el chorro está a alta velocidad. El agua almacenada en una altura elevada o muy alta, puede producir fácilmente una alta velocidad del chorro. Esta es la razón por la cual la turbina Pelton es la más adecuada para ser operada cuando el agua se almacena a gran altura. "sted puede entender fácilmente ahora por #ué hay una bo#uilla dispuesta o fiada en la porción #ue hace el trabao de inyección del chorro de agua. La bo#uilla incrmentará la velocidad el chorro y de esa manera ayudará de manera efectiva en la producción de la fuerza de impulso.
Como se obtiene la maxima potencia del chorro de aua! El dise0o de la turbine Pelton está orientada siempre a la obtención de de la potencia má7ima del chorro de agua o sea para obtener la má7ima eficiencia. La Potencia, #ue se obtiene mediante el álabe, P es el producto de la fuerza impulso del chorro y la velocidad en del mismo en el álabe. &e manera #ue la potencia ma7ima se obtiene cuando el producto de la fuerza de impulso 4 y la velocidad del chorro en el álabe es má7ima. Consideremos 1 condiciones de operación; •
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Los álabes se mantienen estacionarios
+i los 'labes de la rueda Pelton se mantienen estacionarios se producir' una fuerza de impulso mu) grande. Pero la potencia que se obtenga tendr' como *alor cero desde que los 'labes no se mue*en. •
La velocidad de los álabes es la misma que la velocidad del chorro
+i los 'labes se mue*en a la misma *elocidad que el chorro, este no podr' golpear el 'labe. Esto da lugar a un *alor de impulso cero. -e nue*o en este caso la potecia que se obtiene ser' igual a cero.
Fig. La magnitud relati*a de la *elocidad del chorro en el 'labe es importante para la obtención de potencia del uido.
En resumen, la e/tracción de energ0a es cero, tanto cuando la *elocidad del 'labe es cero como cuando la *elocidad del 'labe es igual a la *elocidad del chorro. s0, la relación *elocidad del 'labe *s. la *elocidad del chorro, determina el *alor de la potencia o energ0a obtenible de la turbina Pelton, como se muestra a continuación.
Fig. 3 Este gr'4co muestra cómo la obtención de energ0a a partir del uido es función de la relación *elocidad del al'be *s. *elocidad del chorro.
+e desprende del gr'4co anterior que la obtención de la potencia óptima ocurre en el punto intermedio de la cur*a. +e puede demostrar, usando la ecuación de la turbo maquina de Euler, que la obtención de la potencia m'/ima ocurre cuando la *elocidad del 'labe es la mitad de la *elocidad del chorro. s0 que siempre es deseable operar la rueda Pelton en esta condición. Las turbinas Pelton pueden funcionar a una e4ciencia de hasta el 567, en condiciones de trabajo óptimas.
