INFORME-TURBINA PELTON

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA FACULTAD DE INGENIERÍA

Universidad Nacional de IngenieríaFACULTAD DE INGENIERIA MECANICAInforme N°1TURBINA PELTONCURSO : LABORATORIO ING. MECANICA IIPROFESOR : Ing. SINCHI FRANCISCOSECCION : GINTEGRANTES :APELLIDOS Y NOMBRES CÓDIGOBARRETO LARA DAVID 20165503CCAICHIHUA VERGARA JORDY ROBISON 20111119K CASTRO CAMARENA DIEGO AQUILES 20144528G FERIA MORENO EDSON 20102558E FECHA EN LA QUE SE REALIZO EL ENSAYO: 05/09/2017FECHA EN LA QUE SE ENTREGA EL INFORME: 12/09/2017 Universidad Nacional de IngenieríaFACULTAD DE INGENIERIA MECANICAInforme N°1TURBINA PELTONCURSO : LABORATORIO ING. MECANICA IIPROFESOR : Ing. SINCHI FRANCISCOSECCION : GINTEGRANTES :APELLIDOS Y NOMBRES CÓDIGOBARRETO LARA DAVID 20165503CCAICHIHUA VERGARA JORDY ROBISON 20111119K CASTRO CAMARENA DIEGO AQUILES 20144528G FERIA MORENO EDSON 20102558E FECHA EN LA QUE SE REALIZO EL ENSAYO: 05/09/2017FECHA EN LA QUE SE ENTREGA EL INFORME: 12/09/2017 "Año de la consolidación del Mar de Grau""Año de la consolidación del Mar de Grau"El enlace
Universidad Nacional de Ingeniería
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

Informe N°1
TURBINA PELTON

CURSO : LABORATORIO ING. MECANICA II

PROFESOR : Ing. SINCHI FRANCISCO

SECCION : G

INTEGRANTES :

APELLIDOS Y NOMBRES CÓDIGO
BARRETO LARA DAVID 20165503C
CAICHIHUA VERGARA JORDY ROBISON 20111119K
CASTRO CAMARENA DIEGO AQUILES 20144528G
FERIA MORENO EDSON 20102558E

FECHA EN LA QUE SE REALIZO EL ENSAYO: 05/09/2017
FECHA EN LA QUE SE ENTREGA EL INFORME: 12/09/2017

Universidad Nacional de Ingeniería
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

Informe N°1
TURBINA PELTON

CURSO : LABORATORIO ING. MECANICA II

PROFESOR : Ing. SINCHI FRANCISCO

SECCION : G

INTEGRANTES :

APELLIDOS Y NOMBRES CÓDIGO
BARRETO LARA DAVID 20165503C
CAICHIHUA VERGARA JORDY ROBISON 20111119K
CASTRO CAMARENA DIEGO AQUILES 20144528G
FERIA MORENO EDSON 20102558E

FECHA EN LA QUE SE REALIZO EL ENSAYO: 05/09/2017
FECHA EN LA QUE SE ENTREGA EL INFORME: 12/09/2017

"Año de la consolidación del Mar de Grau"
"Año de la consolidación del Mar de Grau"

CONTENIDO
Pág.
1. RESUMEN TECNICO……………………………………………………………………………………………..3

2. OBJETIVOS……………………………………………………………………………………….……….…….…..4

3. FUNDAMENTO TEÓRICO …………………………………………………………………………………....5

4. EQUIPOS Y MATERIALES ……………………………………………….……………………………………15

5. PROCEDIMIENTO ……………………………………………………….………………………………………17

6. CALCULOS Y RESULTADOS……………………….…………………………………………………….……19

9. CONCLUSIONES……………………………………………………….…………………………………......…29

8. OBSERVACIONES………………………………………………….……………….……………………......…30

10. BIBLIOGRAFÍA……….………………………………………………………………….………………………..31

1. RESUMEN TECNICO
Cuando hablamos sobre generación de energía eléctrica, casi siempre viene a nuestra mente la imagen de una central hidroeléctrica. Y en efecto, sucede que en el Perú tradicionalmente, y gracias a su geografía, este tipo de centrales de generación suelen ser bien recibidas. Hasta hace algunos años la generación de estas centrales representaba más de la mitad del total nacional. Últimamente, debido al apogeo del gas y al subsidio de este por parte del gobierno, las centrales termoeléctricas están superándolos en potencia.
Sin embargo, sabemos que el gas no es precisamente el recurso que más abunde en nuestro territorio y que la generación de electricidad de forma competitiva aprovechando las energías no convencionales está todavía en perfeccionamiento, por lo que el estudio de las turbinas usadas en las centrales hidroeléctricas conforma parte importante en nuestra formación como ingenieros mecánicos y mecánicos electricistas. El Perú principalmente emplea dos tipos de turbinas en sus centrales: las Pelton y las Francis. Cada una de ellas instaladas estratégicamente de forma que aprovechen al máximo las características geográficas e hidrológicas del lugar en donde han sido instaladas.
Consecuentemente, en este primer laboratorio estudiaremos a las turbinas Pelton de forma práctica. Podremos observar cómo se comporta dependiendo del caudal y de la carga que alimente comparándolos siempre contra los valores nominales de la misma. La importancia de realizar esta experiencia el poder encontrar, con la ayuda de las gráficas realizadas a partir de la experiencia, para que condiciones de operación estas turbinas opera con la máxima eficiencia, el cual es objetivo de todo ingeniero.

2. OBJETIVOS
Conocimiento del funcionamiento de la turbina Pelton.
Familiarizarnos con los elementos motrices, así como las máquinas motrices
Relacionar las magnitudes físicas que modelan a la turbina Pelton.
Determinar los valores de las diferentes potencias y eficiencias, variando la presión de entrada en la turbina Pelton
Determinar los puntos de mayor eficiencia hidráulica, mecánica y total de la turbina Pelton.
Aprender más sobre las turbo máquinas hidráulicas.

3. FUNDAMENTO TEORICO
3.1. DEFINICIÓN
Una turbina Pelton es uno de los tipos más eficientes de turbina hidráulica. Es una turbo máquina motora, de flujo trasversal, admisión parcial y de acción. Consiste en una rueda (rodete o rotor) dotada de cucharas en su periferia, las cuales están especialmente realizadas para convertir la energía de un chorro de agua que incide sobre las cucharas.
Las turbinas Pelton están diseñadas para explotar grandes saltos hidráulicos de bajo caudal. Las centrales hidroeléctricas dotadas de este tipo de turbina cuentan, la mayoría de las veces, con una larga tubería llamada galería de presión para trasportar al fluido desde grandes alturas, a veces de hasta más de doscientos metros. Al final de la galería de presión se suministra el agua a la turbina por medio de una o varias válvulas de aguja, también llamadas inyectores, los cuales tienen forma de tobera para aumentar la velocidad del flujo que incide sobre las cucharas.

Fig. 1 Turbina Pelton
3.2. PARTES DE LA TURBINA PELTON
3.2.1. Inyector
El inyector es una tobera diseñada para reducir hasta los valores deseados el caudal, y con ello las pérdidas de carga en la conducción. Las pérdidas de carga se producen por la fricción (rozamiento) del fluido con la superficie de la tubería de conducción forzada. Las pérdidas de carga dependen de la naturaleza de las paredes internas de dicha conducción, del caudal, de la sección y de la longitud de las mismas. A mayor caudal o menor sección (aumento de la velocidad del fluido) aumentan las pérdidas de carga. A mayor longitud de la tubería mayor son dichas pérdidas. Si el caudal se hace cero la pérdida de carga desaparece.

Fig. 2 Partes de una turbina Pelton

El inyector lleva en su interior una aguja de regulación, que se desplaza entre dos posiciones límites: De caudal nulo y máximo. Mandada por un servomotor, mediante aceite a presión, esta aguja ocupa en cada momento la posición correspondiente a la potencia exigida a la turbina.
Cuando disminuye la carga, hay que actuar sobre el caudal más rápidamente de lo que interesa a efectos del golpe de ariete. Un cierre rápido puede provocar una situación desastrosa.
Para ello cada inyector lleva incorporado un deflector que intercepta el chorro inmediatamente parcial o totalmente, cerrando la aguja más lentamente y así no crear el golpe de ariete.
3.2.2. Rodete
Consta de una rueda con cucharas alrededor, a las que podemos llamar también álabes sobre las que actúa el chorro inyector. El tamaño y número de cucharas dependen de las características de la instalación y/o de la velocidad específica ns. Cuanto menor sea el caudal y mayor la altura del salto, menor será el diámetro del chorro. Las dimensiones de la cuchara vienen ligadas directamente por el diámetro del chorro.

Fig. 3 Ingreso de chorro de agua al rodete

Cada vez que va a entrar una cuchara en el campo de acción del chorro sufriría un rechazo, por lo que a esta se le practica una mella de aproximadamente un 10% mayor al diámetro del chorro. La cuchara tiene forma elíptica dividida por una cresta afilada en dos partes simétrica. Al estar dividida en dos la componente axial de la fuerza se contrarresta y de esta forma no sufren los cojinetes. La longitud de la cuchara es de 2.1 veces el diámetro del chorro y la anchura de la cuchara es de 2.5 veces el mismo diámetro.

3.2.3. Álabe
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.

Fig. 4 Forma característica del álabe de una turbina Pelton

Las dimensiones del álabe son proporcionales al diámetro 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.

Fig. 5 Dimensionado y seccionado de un álabe

El ángulo α, 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 β, ubicado en la salida del álabe está entre los 8° y los 12°. Se debe de dar salida al agua con la propia forma 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.

3.3. CLASIFICACIÓN TURBINAS PELTON
Las turbinas Pelton se clasifican generalmente por la posición del eje que mueven, por lo tanto existen dos clasificaciones: eje horizontal y eje vertical.
Disposición horizontal
En esta disposición solo se pueden instalar turbinas de uno o dos chorros como máximo, debido a la complicada instalación y mantenimiento de los inyectores. Sin embargo, en esta posición, la inspección de la rueda en general es más sencilla, por lo que las reparaciones o desgastes se pueden solucionar sin necesidad de desmontar la turbina.
Permite también este tipo de turbinas instalar turbinas gemelas para un sólo generador colocado entre ambas.

Fig. 6 Turbina Pelton de eje horizontal
3.3.1. Disposición vertical
En esta posición se facilita la colocación de alimentación en un plano horizontal y con esto es posible aumentar el número de chorros sin aumentar el caudal y tener mayor potencia por unidad. Se acorta la longitud entre la turbina y el generador, disminuyen las excavaciones y hasta disminuir al diámetro de la rueda y aumentar la velocidad de giro. La instalación e inspección de una turbina Pelton en disposición vertical es de por sí complicada por lo que su mantenimiento es costoso, lo cual nos lleva a que esta posición es más conveniente para aquellos lugares en donde se tengan aguas limpias y que no produzcan gran efecto abrasivo sobre los álabes.

Fig. 7 Turbina Pelton de eje vertical

3.4. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA RUEDA PELTON
El rodete o rueda Pelton está constituido por un disco de acero con álabes, como ya se ha dicho, de doble cuchara ubicados en la periferia de la rueda. Estos álabes puedes estar fundidos con la misma rueda o unidos individualmente por medio de bulones o pernos.
La forma de fabricación más común es por separado álabes y rueda ya que facilita su construcción y mantenimiento. Se funden en una sola pieza rueda y álabes cuando la rueda tiene un gran velocidad específica, con este proceso de fabricación se logra mayor rigidez, solidez uniformidad y montaje rápido.

Fig. 8 Pelton donde los álabes y la rueda están fundidos en una sola pieza.

Fig. 9 Turbina Pelton donde los álabes están unidos al rodete por medio de pernos.
Se debe tener especial cuidado al escoger el material de fabricación adecuado en una turbina Pelton; este material debe resistir la fatiga, la corrosión y la erosión; la fundición de grafito laminar y acero, resisten perfectamente estas condiciones cuando son moderadas. Cuando las condiciones trabajo son más drásticas se recurre al acero aleado con níquel, en el orden de 0.7 a 1%, y con un 0.3% de molibdeno. Los aceros con 13% de cromo y los aceros austenoferríticos (Cr 20, Ni 8, Mo 3) presentan una resistencia extraordinaria a la cavitación y abrasión.
El Número de álabes suele ser de 17 a 26 por rueda, todo esto dependiendo de la velocidad específica; Cuando se necesita una velocidad alta el número de álabes es pequeño debido a que a mayor velocidad específica, mayor caudal lo que exige álabes más grandes y con esto caben menos en cada rueda.
Existe un formato para clasificar las turbinas PELTON:
P = # de ruedas
N = # de chorros
H = eje horizontal
V = eje vertical
EJEMPLOS:
P1 N1 - H ==== Eje horizontal, una turbina y un chorro
P1 N2 - H ==== Eje horizontal, una turbina dos chorros
P2 N2 - H ==== Eje horizontal, dos turbinas y dos chorros
P1 N4 - V ==== Eje vertical, una turbina 4 chorros
P1 N6 - V ==== Eje vertical, una turbina y 6 chorros
3.5. FUNCIONAMIENTO
La tobera o inyector lanza directamente el chorro de agua contra la serie de paletas en forma de cuchara montadas alrededor del borde de una rueda, el doble de la distancia entre el eje de la rueda y el centro del chorro de agua se denomina diámetro Pelton. El agua acciona sobre las cucharas intercambiando energía con la rueda en virtud de su cambio de cantidad de movimiento, que es casi de 180°. Obsérvese en la figura anexa un corte de una pala en el diámetro Pelton; el chorro de agua impacta sobre la pala en el medio, es dividido en dos, los cuales salen de la pala en sentido casi opuesto al que entraron, pero jamás puede salir el chorro de agua en dirección de 180° ya que si fuese así el chorro golpearía a la pala sucesiva y habría un efecto frenante. La sección de entrada del fluido a la cuchara se denomina 1, así como 2 a la sección de salida.

Figura 10. Proyección cilíndrica en el diámetro Pelton de una cuchara
El estudio analítico de la interacción agua-pala puede ser sumamente complicado debido al desplazamiento relativo entre la pala y el chorro de agua. Por otro lado se simplifica el estudio de las turbinas Pelton a la sección cilíndrica del diámetro Faubert.
Así la energía convertida por unidad de masa de agua está dada por la ley de Euler de las turbomáquinas:
L = u1cu1 u2cu2
Donde:
L es la energía específica convertida.
u1 y u2 es la velocidad tangencial de la cuchara en los puntos donde el agua llega y sale de la misma respectivamente.
cu1 y cu2 son, respectivamente, las proyecciones de la velocidad absoluta del fluido sobre la velocidad tangencial de la cuchara en los puntos de llegada y salida de la misma.
Como la velocidad tangencial de rotación de la rueda Pelton es la misma en todos los puntos del diámetro Pelton (recuérdese la fórmula de la velocidad angular u = ωr) las velocidades u1 y u2 son iguales. Entonces la fórmula de Euler se puede simplificar:
L = u(cu1 cu2)
La turbina Pelton es un tipo de turbina de impulso, y es la más eficiente en aplicaciones donde se cuenta con un gran desnivel de agua.
Dado que el agua no es un fluido compresible, casi toda la energía disponible se extrae en la primera etapa de la turbina. Por lo tanto, la turbina Pelton tiene una sola rueda, al contrario que las turbinas que operan con fluidos compresibles.

3.6. SELECCIÓN DE LA TURBINA
De acuerdo al esquema antes mostrado de una micro central, la potencia generada se obtiene de las siguientes formulas:

PE = P.ηTR.ηG....................................………. (1.1)
P=ρgQHηK=PEηTR.ηG=QHη102…………………..………. (1.2)
ηGR=η.ηTR.ηG…………………………………………….. (1.3)

Donde:
PE Es la potencia en los bornes del generador, Kw
P es la potencia al eje de la turbina, Kw
Q es el caudal de la turbina en m3/s
H es el salto neto en metros
ρ es la densidad del agua, 1000 kg/m3
η eficiencia de la turbina, adimensional
ηTR es la eficiencia de la transmisión, adimensional
ηG eficiencia del generador, adimensional
ηGR es la eficiencia del grupo de generación, adimensional
K es una constante, donde K es 1000 W/Kw
g es la gravedad

En relación a la determinación del salto neto, se puede proceder del siguiente modo:

Turbinas de reacción: H = HB – ΔHT
Turbinas de acción: H= HB - ΔHT – Hm

Donde:
HB es el salto bruto, metros
ΔHT es la altura de pérdidas en la tubería de presión, en metros
Hm es la altura de montaje de la turbina en metros.

En caso de que la turbina no accione un generador eléctrico, sino otra máquina operadora, como una bomba, un molino, etc., se deberá conocer la eficiencia, potencia y otros datos de dicha máquina, utilizándose las mismas formulas anteriores.

4. EQUIPOS Y MATERIALES
TURBINA PELTON

Marca Armfield Hydraulic Engineering, England.
Tipo: Pelton simple MK2
Serie: 2061 – 61
Altura: 175 pies <> 53m
Velocidad: max 1160rpm
Potencia: 5BHP

MOTOBOMBA

Motor: trifásico Meuman
Tipo: 215DD1881 BB n° P424701
Potencia: 7.5HP
Velocidad: 3600rpm
Factor de servicio: 1.15
Bomba: Sigmund pumps Ltd.
Tipo: N - NL3
Serie: 147304

MANOMETROS

Tipo: Chalinco
Rango: 0 – 40mH2O
Aproximacion: 1mH2O

DINAMOMETRO

TACOMETRO

VERTEDERO

REGLA METALICA

5. PROCEDIMIENTO
Experiencia 1
Encender la bomba y regular el inyector a una presión de 60 psi.
Medir la altura del linímetro para calcular el caudal.
Linimetro Linimetro
Linimetro
Linimetro
Aplicamos carga al sistema (focos).
Tomamos las medidas de los RPM y fuerzas con el tacómetro y dinamómetro respectivamente.
La lectura del dinamómetro por la distancia del brazo nos da el torque La lectura del dinamómetro por la distancia del brazo nos da el torque
La lectura del dinamómetro por la distancia del brazo nos da el torque
La lectura del dinamómetro por la distancia del brazo nos da el torque
Acercamos el tacómetro al eje para poder hallar las revolucionesAcercamos el tacómetro al eje para poder hallar las revoluciones
Acercamos el tacómetro al eje para poder hallar las revoluciones
Acercamos el tacómetro al eje para poder hallar las revoluciones

Comenzamos las mediciones sin carga hasta llegar a una carga de ocho focos.
En esta primera parte lo que se mantiene constante es la presión manométrica del inyector y el caudal
Experiencia 2
Medir la altura del linímetro para calcular el caudal.
Comenzamos las mediciones sin carga hasta llegar a ocho focos.
En esta segunda parte lo que se mantiene constante es la presión manométrica del inyector y el caudal.
Experiencia 3
Repetimos la experiencia 2 pero para una presión de 40 psi.
Experiencia 4
Es la misma presión que se usó en la experiencia 2 pero en este caso variaremos el caudal con ayuda de las válvulas y dos dará una diferente medición del linìmetro.
Abrimos la válvula para tener menos caudal y así aumentar la presión de entradaAbrimos la válvula para tener menos caudal y así aumentar la presión de entrada
Abrimos la válvula para tener menos caudal y así aumentar la presión de entrada
Abrimos la válvula para tener menos caudal y así aumentar la presión de entrada
Medir la altura del linímetro para calcular el caudal el cual resulta ser distinto a la experiencia 2.
Comenzamos las mediciones sin carga hasta llegar a una carga ocho focos.
En esta segunda parte lo que se mantiene constante es la presión manométrica del inyector y el caudal.

6. CÁLCULOS, RESULTADOS Y GRAFICAS
6.1. FORMULAS A USAR
a) Potencia del Agua (HPa)

HPa=ρgQH
………………………….(1)

Q=1.416h52
………………………….(2)

V=Qπ4DT2
………………………….(3)

HPa=Pγ+V22g
………………………….(4)
Dónde:
g= peso específico (N/m3)
Q=Caudal (m3/s)
H=Altura útil (m)
P=Presión en manómetro (psi)
V=Velocidad promedio antes del inyector
DT=Diámetro de la sección de medición=3"
HPa=Potencia Hidráulica (W) [1HP<>745.7 W]
b) Potencia del Rodete (HPr)

HPr=Q ρU(C1-U)(1+K1cosβ1)
………………………….(5)

C1=CV2gH
………………………….(6)

U=πDN60
………………………….(7)
Dónde:
ρ=Densidad (Kg/m3)
U=Velocidad Tangencial (m/s)
C1=Velocidad de chorro (m/s)
K1=Constante de Diseño de alabes
D= Diametro del rodete (m)
N= Velocidad de rotación de la turbina (rpm)
K1=0.90; CV=0.98; b=10°; D=9.625 pulgadas<>0.244475 m

c) Potencia al Eje/Freno (BHP)

BHP=Tω
…………………………..(8)

T=fxR
………………………….(9)

ω=πN30
………………………….(10)
Donde
R= 3"<> 0,0762 m
f= Fuerza en el dinamómetro (N) [9.8 N<> 1 Kg]
ω=Velocidad Angular (s-1)
d) Eficiencias
MECÁNICA
HIDRÁULICA
TOTAL
ηm=BHPHPr
(11)
ηh=HPrHPa
(12)
ηT=BHPHPa
(13)

6.2. DATOS RECOPILADOS
Experiencia 1
Hu=
60
psi

Pto
F (Kg-f)
n (rpm)
h (cm)
# focos
1
4.2
1395
8
0
2
4.4
1380
8
1
3
5.5
1356
8
2
4
6.3
1307
8
3
5
6.6
1270
8
4
6
7
1244
8
5

Experiencia 2 y 3
Hu=
50
psi

Hu=
40
psi

Pto
F (Kg)
n (rpm)
h (cm)
# focos

Pto
F (Kg)
n (rpm)
h (cm)
# focos
1
3.6
1386
9
0

1
3
1280
9.6
0
2
5
1332
9
2

2
4.4
1243
9.6
2
3
6.3
1268
9
4

3
5.4
1187
9.6
4
4
6.8
1250
9
5

4
6
1175
9.6
5
5
8
1187
9
8

5
7.2
1134
9.6
8

Experiencia 4

Hu=
50
psi

Pto
F (Kg)
n (rpm)
h (cm)
# focos

1
2.9
1242
7.5
0

2
3.9
1178
7.5
2

3
4.7
1120
7.5
4

4
4.9
1100
7.5
5

5
5.8
1063
7.5
8
6.3. RESULTADOS
a) Caudales y Potencia del Agua (Q, HPa)
En base a las relaciones (1), (2), (3) y (4) obtenemos:
Exp.
P
(psi)
h
(m)
Q
(m3/s)
V
(m/s)
HT
(m)
HPa
(W)
HPa
(HP)
1
60
0.08
0.002563
0.5621
42.229
1060.777
1.423
2
50
0.09
0.003441
0.7545
35.206
1187.181
1.592
3
40
0.10
0.004043
0.8866
28.182
1116.705
1.498
4
50
0.08
0.002181
0.4783
35.189
752.228
1.009

b) Potencia del Rodete (HPr)
En base a las relaciones (5), (6) y (7) obtenemos las siguientes potencias por cada experiencia:
Experiencia 1: C1=28.209 m/s
Pto
F
(Kg)
n
(rpm)
U
(m/s)
HPr
(W)
HPr
(HP)
1
4.2
1395
17.857
893.757
1.199
2
4.4
1380
17.665
900.547
1.208
3
5.5
1356
17.358
910.669
1.221
4
6.3
1307
16.730
928.500
1.245
5
6.6
1270
16.257
939.444
1.260
6
7.0
1244
15.924
945.836
1.268

Pto
F
(Kg)
n
(rpm)
U
(m/s)
HPr
(W)
HPr
(HP)
1
3.6
1386
17.742
922.936
1.238
2
5.0
1332
17.050
963.475
1.292
3
6.3
1268
16.231
1003.490
1.346
4
6.8
1250
16.001
1013.174
1.359
5
8.0
1187
15.194
1041.643
1.397

Pto
F
(Kg)
n
(rpm)
U
(m/s)
HPr
(W)
HPr
(HP)
1
3.0
1280
16.385
832.205
1.116
2
4.4
1243
15.911
865.626
1.161
3
5.4
1187
15.194
909.701
1.220
4
6.0
1175
15.041
918.126
1.231
5
7.2
1134
14.516
944.195
1.266

Experiencia 4: C1= 25.750 m/s
Pto
F
(Kg)
n
(rpm)
U
(m/s)
HPr
(W)
HPr
(HP)
1
2.9
1242
15.898
644.463
0.864
2
3.9
1178
15.079
662.084
0.888
3
4.7
1120
14.337
673.283
0.903
4
4.9
1100
14.081
676.093
0.907
5
5.8
1063
13.607
679.869
0.912

c) Potencia al eje (BHP)
En base a las relaciones (8), (9) y (10) obtenemos las siguientes potencias:
Experiencia 1:
Pto
F
(Kg)
n
(rpm)
ω
(s-1)
T
(N.m)
BHP
(W)
BHP
(HP)
1
4.2
1395
146.084
3.136
458.176
0.614
2
4.4
1380
144.513
3.286
474.833
0.637
3
5.5
1356
142.000
4.107
583.219
0.782
4
6.3
1307
136.869
4.705
643.910
0.863
5
6.6
1270
132.994
4.929
655.476
0.879
6
7.0
1244
130.271
5.227
680.970
0.913

Experiencia 2:
Pto
F
(Kg)
n
(rpm)
ω
(s-1)
T
(N.m)
BHP
(W)
BHP
(HP)
1
3.6
1386
145.141
2.688
390.189
0.523
2
5
1332
139.487
3.734
520.815
0.698
3
6.3
1268
132.785
4.705
624.697
0.838
4
6.8
1250
130.900
5.078
664.704
0.891
5
8
1187
124.302
5.974
742.592
0.996

Experiencia 3:
Pto
F
(Kg)
n
(rpm)
ω
(s-1)
T
(N.m)
BHP
(W)
BHP
(HP)
1
3
1280
134.041
2.240
300.290
0.403
2
4.4
1243
130.167
3.286
427.694
0.574
3
5.4
1187
124.302
4.033
501.249
0.672
4
6
1175
123.046
4.481
551.313
0.739
5
7.2
1134
118.752
5.377
638.491
0.856

Experiencia 4:
Pto
F
(Kg)
n
(rpm)
ω
(s-1)
T
(N.m)
BHP
(W)
BHP
(HP)
1
2.9
1242
130.062
2.166
281.662
0.378
2
3.9
1178
123.360
2.912
359.269
0.482
3
4.7
1120
117.286
3.510
411.647
0.552
4
4.9
1100
115.192
3.659
421.500
0.565
5
5.8
1063
111.317
4.331
482.137
0.647

d) Eficiencias
En base a las relaciones definidas en (11), (12) y (13) obtenemos:
Experiencia 1:
Pto
HPa
(HP)
HPr
(HP)
BHP
(HP)
ƞm
ƞh
ƞT
1
1.423
1.199
0.614
51%
84%
43%
2
1.423
1.208
0.637
53%
85%
45%
3
1.423
1.221
0.782
64%
86%
55%
4
1.423
1.245
0.863
69%
88%
61%
5
1.423
1.260
0.879
70%
89%
62%
6
1.423
1.268
0.913
72%
89%
64%

Experiencia 2:
Pto
HPa
(HP)
HPr
(HP)
BHP
(HP)
ƞm
ƞh
ƞT
1
1.592
1.238
0.523
42%
78%
33%
2
1.592
1.292
0.698
54%
81%
44%
3
1.592
1.346
0.838
62%
85%
53%
4
1.592
1.359
0.891
66%
85%
56%
5
1.592
1.397
0.996
71%
88%
63%

Experiencia 3:
Pto
HPa
(HP)
HPr
(HP)
BHP
(HP)
ƞm
ƞh
ƞT
1
1.498
1.116
0.403
36%
75%
27%
2
1.498
1.161
0.574
49%
78%
38%
3
1.498
1.220
0.672
55%
81%
45%
4
1.498
1.231
0.739
60%
82%
49%
5
1.498
1.266
0.856
68%
85%
57%

Experiencia 4:
Pto
HPa
(HP)
HPr
(HP)
BHP
(HP)
ƞm
ƞh
ƞT
1
1.009
0.864
0.378
44%
86%
37%
2
1.009
0.888
0.482
54%
88%
48%
3
1.009
0.903
0.552
61%
90%
55%
4
1.009
0.907
0.565
62%
90%
56%
5
1.009
0.912
0.647
71%
90%
64%

6.4. GRÁFICAS
6.4.1. BHP, HPr, T vs RPM
Experiencia 1:

Experiencia 2:

Experiencia 3:

Experiencia 4:

6.4.2. Ƞm, Ƞh, ȠT vs RPM

Experiencia 1

Experiencia 2

Experiencia 3:

Experiencia 4:

6.5. DISCUSIÓN
Las gráficas, tanto de potencia como de eficiencia, presentan una caída para incrementos de las RPM lo cual nos indica que durante la experiencia se ha estado trabajando en la zona a la derecha del punto óptimo la curvas teóricas ya que como sabemos estas curvas presentan una forma acampanada en donde existe un RPM para el cual se obtienen las máximas potencias y eficiencias, sin embargo en el ensayo realizado no se puede observar dicho valor, las máximas eficiencias alcanzadas son de 72% de eficiencia mecánica para el caso de la última medición de la experiencia 1, 90% de eficiencia hidráulica para tres puntos de la experiencia 4 y 64% de eficiencia total para puntos tomados en la experiencia 1 y 4. En el caso del Torque, este sigue completamente la tendencia en caída a mayores RPM tal como lo establece la teoría.

7. CONCLUSIONES
Comparando las experiencias 2 y 4 que se encuentran a la misma presión de 50psi y el caudal en 2 es mayor que la experiencia 4, resulto ser más eficiente a un menor caudal ya que en el 4 se obtuvo un 64% y en 2 un 63% de eficiencia total

La eficiencia total máxima de la Turbina Pelton para los datos tomados está alrededor de 60%.

De las gráficas se concluye que la turbina Pelton entregara mayor potencia al freno a mayores alturas y menores caudales.

Las eficiencias hidráulicas halladas son altas, con lo cual podemos afirmar que la transmisión de potencia del agua al rodete es óptima, con pequeñas pérdidas.

Podemos apreciar una relación directa entre las eficiencias de la turbina (ηn , ηH y ηT), la potencia al freno, potencia del rodete, el torque con la altura del agua. Según las gráficas y los cálculos concluimos que si aumentamos la altura del agua, cada uno de estos factores aumentan.

Podemos apreciar en los gráficos que al aumentar las RPM disminuyen las eficiencias, el torque y la potencia hidráulica y al freno. Con ello concluimos que la relación entre estos factores es indirecta.
Las gráficas tanto de potencia como de eficiencia en teoría tienen una tendencia parabólica hacia abajo. Nuestras gráficas presentan la parte de caída de las curvas teóricas.

8. OBSERVACIONES

Para fines de cálculo, se utilizó las RPM obtenidas mediante el tacómetro digital, por ser más preciso que el mecánico.
Se observó que dinamómetro tiene que estar alineado para tomar los valores de fuerza en forma correcta.
La mayor parte de las pérdidas se deben a las pérdidas mecánicas que hay en la turbina, además pudimos observar otra fuente de pérdidas que se halla en la unión turbina-generador (acoplamiento).

Debemos precisar que para efecto de cálculos se consideró al líquido de trabajo como agua pura por lo cual existirá un pequeño margen de error en la densidad.

9. BIBLIOGRAFIA Y REFERENCIA
BIBLOGRAFIA
MANUAL DE LABORATORIO DE INGENIERIA MECANCA II - Turbinas Hidráulicas, Universidad Nacional de Ingeniería-Faculta de Ingeniería Mecánica, Perú.
Mataix Claudio. "Turbomaquinas Hidráulicas" 4ta edición, Editorial ICAI.
Mataix Claudio. "Mecánica de Fluidos y Maquinas Hidráulicas" 4ta edición, Editorial ICAI.

9.2. REFERENCIAS
https://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_Pelton
https://es.scribd.com/document/290755548/PARTES-DE-UNA-TURBINA-PELTON-1-docx
http://kimerius-Diseño+y+construcción+de+una+turbina+Pelton

INFORME-TURBINA PELTON

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