TURBINAS PELTON OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL
Conocer el principio de funcionamiento de las turbinas pelton y compararlas con las demás turbinas.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Verificar la primera ley de la termodinámica. Verificar como varia la potencia de la turbina pelton a distintas alturas de carga.
MARCO TEORICO La energía potencial del agua se transforma en energía de presión y en energía cinética. Tal energía puede transformarse en trabajo cuando el agua golpea un objeto tal que la dirección de flujo del agua cambie y el objeto se mueva como resultado de la acción del agua. La magnitud de la velocidad del agua se reduce debido a la fricción que se presenta por el flujo del agua a través de la superficie del objeto, y la energía entregada se transforma en energía útil. Las maquinas hidráulicas modernas que accionan generadores eléctricos se conocen como turbinashidráulicas.
CLASIFICACION DE LAS TURBINAS HIDRAULICAS.-
Las turbinas hidráulicas se clasifican como: (i) Turbinas de acción o de impulso, y (ii) Turbinas de reacción. Clasificación que obedece a la forma como el agua ejerce la fuerza sobre la turbina y como causa su rotación. (i)Turbinas de acción o de impulso:La turbina de impulso gira cuando un chorro de agua proveniente de una
tobera golpea uno de sus cangilones a velocidad muy alta. Una gran proporción de la energía del agua está en forma de energía cinética debido a su velocidad. El chorro no posee ninguna energía de presión dado que el agua no puede confinarse después de salir de d e la tobera. Se han desarrollado tres tipos de turbinas de impulso: (a)La turbina Pelton, (b)La turbinaTurgo y (c)La turbina Michell-Banki
(ii)Turbinas de reacción:La turbina de reacción actúa por el agua que se mueve a una velocidad
relativamente baja, pero a baja presión. El agua llega al cuerpo de la turbina (rodete) a través de un sistema de distribución que es totalmente cerrado, tal que la presión debida a la cabeza de la planta se mantiene sobre el rodete Las turbinas de reacción en general son de dos clases, En una de ellas el flujo del agua ingresa con respecto paralelamente y perpendicularmente, son las denominadas turbinas de flujo mixto ; de esta categoría forman parte las(a)turbinas Francis
En la otra clase, el agua fluye paralelamente al eje de la turbina y se designan como turbinas de flujo axial; de estas forman parte las (b)turbinas Kaplan. COMPONENTES DE LAS TURBINAS HIDRAULICAS.(i)Turbinas de acción o de impulso:
(a) Turbinas Pelton.Es una turbo máquina que comienza a absorber energía y la convierte en algún tipo de
energía. Los componentes principales de una turbina Pelton son: El distribuidor, el rodete, la carcasa, la cámara de descarga, y el eje. - Distribuidor de la turbina Pelton. Su función es direccionar el chorro de agua hacia el rodete y regular la cantidad de agua sobre el mismo. - Rodete de la turbina Pelton. Es la turbina propiamente dicha, es la parte donde se transforma la energía hidráulica del agua por la acción de su fuerza dinámica. - Carcasa de la turbina Pelton. Su principal objetivo es evitar que el agua salpique al exterior, luego de abandonar los cangilones - Cámara de descarga de la turbina Pelton. También conocida como tubería de descarga, es la zona por donde cae el agua libremente hacia el desagüe, después de haber movido el rotor. - Eje de la turbina Pelton. Esta rígidamente unido al rotor y situado adecuadamente sobre cojinetes debidamente lubricados, transmite el movimiento de rotación al eje del generador. Las turbomaquinas generalmente cumplen la ecuación de Euler:
(c) Turbinas Michell-Bánki.La turbina se compone de una rueda hidráulica con un eje horizontal. Dicha
rueda tiene diversos álabes (hasta 37) dispuestos radialmente con una torsión que hace que el extremo tenga una cierta inclinación tangencial. Los bordes se afilan para reducir la resistencia al flujo. Los álabes conforman una sección circular y tiene los extremos soldados a un disco para formar una "jaula de ardillas" donde las barras han sido reemplazadas por los álabes. Las turbinas de flujo transversal se suelen construir como dos turbinas de diferente capacidad que comparten un mismo eje. Las ruedas son del mismo diámetro, pero diferentes longitudes para manejar distintos volúmenes a la misma presión. Las "subruedas" se suelen construir con una relación de 1:2. La operación a cargas parcial se suele lograr mediante la admisión, usualmente con graduaciones en el distribuidor a 33%, 66% y 100% de la carga máxima. La geometría de la turbina busca que el chorro de agua sea efectivo. El agua actúa dos veces, pero casi toda la energía se transmite en la primera pasada. Así el agua pasa dos veces: del exterior al interior y del interior al exterior. Solo un tercio del trabajo se efectúa en la segunda pasada, al salir el flujo del rotor. Este rotor funciona como una máquina de acción, donde la presión en el rodete se mantiene constante.
(ii)Turbinas de reacción: (a) Turbina Francis. Las partes constitutivas de la turbina Francis son: el caracol o cámara espiral, el anillo
fijo, los alabes fijos, los alabes móviles, rodete, eje de la turbina y el tubo de aspiración. - Caracol o cámara espiral. Constituye el ducto alimentador de agua al rodete, es de sección circular y diámetro decreciente. - El distribuidor. En el distribuidor se transforma la energía de presión en energía cinética. - El rodete. Es la rueda motriz y posee alabes que están adosados a un disco perpendicular al eje de la maquina. - Tubo de aspiración. Recupera el máximo de energía cinética del agua a la salida del rodete. (b) Turbina Kaplan. Son uno de los tipos más eficientes de turbinas de agua de reacción de flujo axial, con
un rodete que funciona de manera semejante a la hélice del motor de un barco, y deben su nombre a su inventor, el austriacoVíctor Kaplan. Se emplean en saltos de pequeña altura y grandes caudales. Las amplias palas o álabes de la turbina son impulsadas por agua a alta presión liberada por una compuerta. Los álabes del rodete en las turbinas Kaplan son siempre regulables y tienen la forma de una hélice, mientras que los álabes de los distribuidores pueden ser fijos o regulables. Si ambos son regulables, se dice que la turbina es una turbina Kaplan verdadera; si solo son regulables los álabes del rodete, se dice que la turbina es una turbina Semi-Kaplan. Las turbinas Kaplan son de admisión axial, mientras que las semi-Kaplan pueden ser de admisión radial o axial.Para su regulación, los álabes del rodete giran alrededor de su eje, accionados por unas manijas, que son solidarias a unas bielas articuladas a una cruceta, que se desplaza hacia arriba o hacia abajo por el interior del eje hueco de la turbina. Este desplazamiento es accionado por un servomotor hidráulico, con la turbina en movimiento.Las turbinas de hélice se caracterizan porque tanto los álabes del rodete como los del distribuidor son fijos, por lo que solo se utilizan cuando el caudal y el salto son prácticamente constantes.
CENTRALES IMPORTANTES EN BOLIVIA Y EL MUNDO.N
AGENTE
CENTAL EN BOLIVIA
CAPACIDAD EFECTIVA(MW)
1 2 3 4 5
ENDE GUABIRA BULO-BULO V. HERMOSO COBEE
ENTRE RIOS GUABIRA BULO-BULO CARRASCO KENKO
82.6 20.7 82.6 99.6 17.5
N
AGENTE
CENTRAL INTENACIONAL
CAPACIDAD EFECTIVA
1 2
PRESA DE LAS TRES GARGANTAS ITAIPÚ
HUBEI-CHINA FRONTERA BRASIL-PARAGUAY
22.500 14.000
CAVITACION.-
Se define como la formación de vacios dentro de un cuerpo de movimiento liquido, cuando la presión local es menor que la presión de vapor y las partículas del líquido tienden a adherirse a los bordes de la trayectoria de paso del líquido.El efecto de la cavitación causa una erosion en la superficie de los bordes, un ejemplo claro es cuando se ve partes hinchadas en las tuberías que se encuentran antes de llegar al la turbina pelton y para evitar ello se debe contar con un ” aliviadero”. La cavitación es muy común de ver en tuberías, turbinas, bombas hidráulicas, hélices, superficies sustentadoras y conductoras de liquidos. GOLPE DE ARIETE.-
También llamado transitorio o pulso de JOUKOWSKI, se produce al interrumpir el caudal de un fluido circulando por el interior de una conducción. Al cerrar una válvula de forma instantánea, interrumpiendo la circulación del fluido, se genera una parada en seco de la primera sección de fluido canalizado aguas arriba de B, a continuación se para la siguiente sección infinitesimal, que retorna por gravedad comprimiendo a la primera, propagándose este efecto sucesivamente hasta llegar a A. Lo que ocurre aquí en definitiva es que ese súbito aumento de presión ocasionado en B, se propaga aguas arriba como una onda sónica, lo cual produce un pico de presión mucho mayor de la presión de trabajo normal de la canalización. Estas sobrepresiones, por tanto, deben ser tenidas en cuenta en el dimensionado de la instalación hidráulica.
Aguas abajo de B ocurre el efecto contrario, siendo en este caso la primera sección contigua a la válvula B la que sufre una presión negativa cuando todas las sucesivas seccione infinitesimales aguas abajo “estiran” de ella, produciendo aquí un pico de presión negativa que se ha venido propagando en forma de onda sónica en sentido BC. Estos picos de succión, llamados aquí golpe de ariete negativo, pueden llegar a aplastar las tuberías y, en el seno del fluido, producir presiones tan bajas que lleguen a ocasionar cavitación en el fluido.
PRODEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.
Conectar a una tensión de 220(V). Luego que la turbina esté en funcionamiento, verificar que el sistema de agua hacia la turbina este cerrado. Abrir la válvula de reguladora de flujo para dar inicio el movimiento de la turbina. Después de que la turbina este en movimiento excitar el alternador mediante una batería para la generación de la energía eléctrica. Conectar los terminales del alternador de color rojo al positivo y negro al negativo de la batería solo un instante (un pequeño toque). Luego mantener separados los terminales rojo y negro para que no exista un corto circuito en el alternador. Cuando esté lista la maquina tomar datos para la elaboración de la practica. Tomar nota de la tensión que genera en(V). Tomar nota de la corriente que circula en (A). Tomar nota del volumen que lo acciona el( ). Medir el tiempo en el cual el volumen acciona la turbina en (Seg). Medir las revoluciones a las que gira la turbina. Calcular los valores requeridos para la práctica.
14. Repetir los pasos 8 a 12
DATOS N 1 2 3 4 5
v[V] 9.5 9 8 7 6
I[A] 8.5 7.5 7 5 4
3
V[m ] 0.013 0.011 0.009 0.08 0.06
t[s] 90 80 70 60 50
2
P[N/m ] 4 22.6*10 4 21.6*10 4 20.6*10 4 18.6*10 4 16.7*10
⁄ ⁄
CALCULOS
⁄ ; ⁄ ⁄ ⁄
⁄
CAUDAL EXPERIMENTAL(Q 2)
⁄
⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄
POTENCIA HIDRAULICA (
)
()() ( ) ()() ( ) ()() ( ) ()() ( ) ()() ( )
POTENCIA DE LA TURBINA (
)
POTENCIA DE GENERADA(
)
RESPUESTAS TABLA DE MEDICIONES 3
2
N
v[V]
Hn[m]
I[A]
V[m ]
t[s]
P[N/m ]
1 2 3 4 5
9.5 9 8 7 6
23.4 22.42 21.39 19.42 17.35
8.5 7.5 7 5 4
0.013 0.011 0.009 0.008 0.006
90 80 70 60 50
22.6*10 4 21.6*10 4 20.6*10 4 18.6*10 4 16.7*10
4
3
3
Pg[W]
Pt[W]
PH[W]
Q 1[m /s]
Q 2[m /s]
13.87 12.72 11.36 10.63 8.57
23.2 21.22 18.93 17.72 14.28
33.02 30.32 27.04 25.31 20.40
1.44*10 -4 1.38*10 -4 1.29*10 -4 1.33*10 -4 1.20*10
1.44*10 -4 1.38*10 -4 1.29*10 -4 1.33*10 -4 1.20*10
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CONCLUSIONES
La primera ley de la termodinámica establece que la energía no se crea, ni se destruye, sino que se conserva. Entonces esta ley expresa que, cuando un sistema es sometido a un ciclo termodinámico , el calor cedido por el sistema será igual al trabajo recibido por el mismo, y viceversa. Es decir Q = W, en que Q es el calor suministrado por el sistema al medio ambiente y W el trabajo realizado por
-4
el medio ambiente al sistema durante el ciclo. En nuestro caso se verifico con la turbina Pelton: Al proporcionarle energía eléctrica un motor hiso circular el agua contenida en un recipiente, haciendo girar el eje y por tanto el rodete y estos a su vez realizan W para generar energía eléctrica y encender un foco.
Se logo verificar como varia la potencia de la turbina Pelton con respecto a las alturas de carga desde 23[w],23.4[m]-14.28[w],17.35[m], y se logro conocer el principio de funcionamiento de la turbina Pelton y las diferencias que existen con las turbinas Francis como: T. Pelton;admisión de agua es parcial, opera a presión atmosférica, T. Francis; su admisión de agua es total , dada su sumergencia y la forma del tubo de succión presenta presiones de trabajo mayores y menores que la atmosférica.
GRUPO#12 INTEGRANTES:
MOISES POVEDA AGUILAR
LUZ MARIA LUPA CRUZ
LUCIO RODRIGO ALEJO VARGAS
ITALO MURILLO LOPEZ
ESTEFANY MORANTE BALLESTER
JERSON IVER GONZALES LICIDIO EDGAR ROMAN
