Lab 3 Estimacion y Analisis Del Rendimiento de Una Turbina

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORUROFACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA

INGENIERIA MECANICA ELECTROMECANICA

MAQUINAS HIDRAULICAS MEC-2253 “A”

LABORATORIO Nº3ESTIMACION Y ANALISIS DEL RENDIMIENTO DE UNA TURBINA PELTON

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RESUMEN.

Dentro de la materia de máquinas hidráulicas existen varios y distintos tipos de máquinas que son analizados, en el desarrollo de este laboratorio analizaremos los distintos parámetros de funcionamiento y las características de una turbina Pelton.

Del cual estudiaremos su característica principal es que transforma la energía cinética del fluido en energía mecánica, es una máquina motriz básicamente una serie de álabes fijos (distribuidor) y otra de álabes móviles (rotor, rueda, rodete).

En este laboratorio observaremos las curvas características de la turbina utilizando diversos instrumentos de medición.

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Contenido1. INTRODUCCIÓN............................................................................................................................3

2. OBJETIVOS.....................................................................................................................................3

2.1 Objetivo general..............................................................................................................................3

3. MARCO TEÓRICO.............................................................................................................................4

3.1 Descripción general de las turbinas Pelton.....................................................................................4

3.1.1 Cazoletas......................................................................................................................................4

3.1.2 Inyector........................................................................................................................................5

3.1.3 Regulación...................................................................................................................................6

3.2 TURBINAS PELTON (Partes constitutivas)................................................................................8

3.2.1 Componentes de una turbina Pelton.............................................................................................8

3.2.2 DISTRIBUIDOR DE UNA TURBINA PELTON......................................................................9

3.2.3 CÁMARA DE DISTRIBUCIÓN.................................................................................................9

3.2.4 EQUIPO DE REGULACION DE VELOCIDAD.....................................................................12

3.2.5 RODETE DE UNA TURBINA PELTON.................................................................................12

3.2.5.1 Rueda motriz.......................................................................................................................12

3.2.5.2 Cangilones...........................................................................................................................12

3.2.6 CARCASA DE UNA TURBINA PELTON..............................................................................13

3.2.7 CAMARA DE DESCARGA.....................................................................................................14

Turbina Pelton de la central Miguilla...................................................................................14

Turbina Pelton de la central Corani......................................................................................15

Turbina Pelton de la central Landara....................................................................................15

Turbina Pelton de la central Santa Isabel..............................................................................16

3.2.9 POTENCIA DE LA TURBINA EN MAGNITUDES HIDRAULICAS...................................17

4.- METODO DE EXPERIMENTACION.........................................................................................19

4.1 MATERIAL Y EQUIPO EXPERIMENTAL...............................................................................19

4.2 MATERIALES E INSTRUMENTOS..........................................................................................20

4.3 MONTAJE DEL EQUIPO............................................................................................................21

4.4 OPERACIÓN DEL EQUIPO.......................................................................................................22

4.5 OBTENCION DE DATOS...........................................................................................................22

4.5 CALCULOS..................................................................................................................................23

3.2.8 CENTRALES HIDROELÉCTRICAS EN BOLIVIA...............................................................31

Ubicación geográfica......................................................................................................................31

Capacidad de generación.................................................................................................................32

Características de las centrales hidroeléctricas en Bolivia con turbinas Pelton (2004).................34

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8.- BIBLIOGRAFIA...........................................................................................................................35

ESTIMACION Y ANALISIS DEL RENDIMINETO DE UNA TURBIAN PELTON

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1. INTRODUCCIÓN

Aquí lo mismo que en una bomba las perdidas en una turbina entre las secciones e y s se clasifican en tres grupos perdidas hidráulicas, perdidas volumétricas y perdidas mecánicas. Es importante señalar que las perdidas exteriores a las secciones de e y s no afectan al rendimiento de la turbina por que solo son imputables a la turbina las perdidas que tienen lugar entre las secciones e y s. Para examinar el modo como se comporta un rodete determinado o un modelo de rueda con diferentes cargas , conviene determinar las llamadas características y curvas del rendimiento. La turbina en cuestión se instala en un canal de pruebas y se hacen ensayos al freno. A si se determinan las diferentes potencias, gasto de agua y número de revoluciones para cada posición de las paletas directrices y se calcula el rendimiento para cada caso.

2. OBJETIVOS.

2.1 Objetivo general

Con esta realización de esta práctica se pretende: Calcular, analizar y cuantificar el rendimiento de una turbina pelton a partir de la relación de

potencia hidráulica absorbida y de la potencia útil (mecánica) en el eje de la turbina. Complementar los conocimientos impartidos en cátedra con el fin de obtener respuestas a las

incertidumbres que surgen en el estudiante pretendiendo mantener siempre una estrecha relación con los contenidos teóricos.

3. MARCO TEÓRICO

3.1 Descripción general de las turbinas Pelton

Las turbinas tangenciales o ruedas peltón son, turbinas de chorro libre se acomodan a la utilización de saltos de agua con mucho desnivel y caudales relativamente pequeños.

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Figura 1.1 esquema de una turbina pelton

3.1.1 CazoletasEn una rueda Pelton la dirección del chorro no es ni axial ni radial, sino tangencial; el elemento constructivo más importante es la cazoleta en forma de doble cuchara, Figura 1.2, que recibe el chorro exactamente en su arista media donde se divide en dos, circulando por su cavidad y recorriendo hasta la salida casi un ángulo de 180º, contrarrestándose así los empujes axiales por cambio de dirección de los dos chorros.El agua una vez sale de la cazoleta, cae libremente una cierta altura, pasando al cauce inferior.

Figura 1.2 Forma de la cazoleta

3.1.2 Inyector El inyector es el órgano regulador del caudal del chorro; consta de una válvula de aguja cuya carrera determina el grado de apertura del mismo; para poder asegurar el cierre, el diámetro máximo de la aguja tiene que ser superior al de salida del chorro cuyo diámetro d se mide en la sección contraída, situada aguas abajo de la salida del inyector y en donde se puede considerar que la presión exterior es igual a la atmosférica.

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El chorro está constituido por un núcleo central convergente de agua y una sección anular creciente que contiene una emulsión de agua y aire.Con el fin de asegurar una buena regulación, conviene diseñar el inyector de forma que exista una proporcionalidad entre la potencia de la turbina y la carrera x de la aguja, por cuanto la potencia es proporcional al caudal y éste, a su vez, a la sección de paso normal al flujo.La variación del caudal del chorro para regular la potencia se consigue mediante una aguja de forma especial, con cuyo accionamiento se puede estrangular la sección de salida de la boquilla; su regulación puede ser manual o automática mediante un servomotor.Tiene además otro sistema de regulación por desviación del chorro, que consiste en una superficie metálica llamada deflector, que se introduce en medio del chorro, dividiéndolo y desviando una parte del mismo, de forma que en vez de dirigirse contra las cazoletas, sale lateralmente sin producir ningún efecto útil. De esta forma se evitan sobrepresiones en la tubería, por cuanto el caudal que circula por ésta continua siendo el mismo, Figura 1.3.Cuando se dispone de un solo inyector, el rodete tiene el eje de giro horizontal y el eje de salida del chorro es tangente horizontal, inferior a la circunferencia del rodete, cuyo diámetro se denomina diámetro Pelton, cayendo el agua a la salida de las cucharas al fondo de la turbina, sin interferir el giro del rodete.Cuando el número de inyectores es dos, la turbina puede ser también de eje horizontal, disponiéndose los chorros según dos tangentes inferiores a la circunferencia Pelton, inclinadas un mismo ángulo ≈ 30º, saliendo el agua de las cucharas sin interferir al rodete, Figura 1.4.Para un número superior de inyectores, Figura 1.5, la rueda Pelton es de eje vertical ya que de ser horizontal, sería imposible evitar que el agua cayera sobre la rueda a la salida de las cucharas. Un chorro bien diseñado no debe tener un diámetro d superior a 27 cm, por lo que para establecer el número de inyectores hay que partir de la condición de que su diámetro no sea superior a este límite, teniendo en cuenta a su vez, el límite superior impuesto por la velocidad específica por chorro, en función del salto.

Figura 1.3 Inyector

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Figura 1.4 Turbina Pelton de dos inyectores

Figura 1.5 Turbina Pelton de 6 inyectores

El hecho de sustituir un número de inyectores de unas dimensiones determinadas, por un mayor número de inyectores de dimensiones más pequeñas, permite construir turbinas de mayor diámetro, girando a una velocidad mayor; sin embargo no se deben sobrepasar ciertos límites impuestos por la necesidad de evacuar el agua convenientemente, así como la fatiga del material de las cucharas sometidas a esfuerzos repetidos, tanto más frecuentes cuanto mayor sea el número de chorros.

3.1.3 RegulaciónPara mantener constante la velocidad de la turbina, el caudal inyectado tiene que adaptarse en cada instante al valor de la carga, por lo que la posición del inyector tiene que ajustarse mediante un regulador que actúa según la velocidad de la turbina y en el caso más general, en forma automática, Figura 1.6.

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Figura 1.6 Regulador simpleSi se supone que la turbina se ha acelerado, el regulador 7 levantará la válvula 1 y el aceite a presión entrará en el cilindro grande haciendo bajar el émbolo 8, con lo que la palanca 2 bajará y el deflector 6 cortará al chorro desviando una parte del mismo.El punzón 5 que estaba retenido por la palanca 2 no avanza solidariamente con ésta, debido al huelgo de la hendidura 3, sino que es empujado lentamente por el agua a presión que pasa por un orificio estrecho, señalado en la figura y que actúa sobre el émbolo 4. El punzón en su avance llega a encontrarse con el tope inferior de la hendidura 3 que le impide seguir cerrando la salida del inyector. Si sobreviene una carga brusca, el émbolo 8 actuará en sentido contrario, tirando rápidamente de la aguja 5 hacia atrás y llevando, simultáneamente, el deflector a su posición primitiva.Cuando se utilizan grandes caudales de agua y se emplea un solo inyector, las cazoletas resultan muy grandes y pesadas; también se encuentra el inconveniente de que toda la fuerza tangencial se ejerce en un solo punto de la rueda, lo que representa un desequilibrio dinámico.En consecuencia conviene hacer el montaje de dos o más inyectores cuando el caudal lo requiera, por lo que las cazoletas estarán menos cargadas y, por lo tanto, serán más pequeñas.El par motor se distribuye más uniformemente sobre la periferia de la rueda, aumenta el número

específico de revoluciones en √ z y a igualdad de diámetro del rodete, la turbina adquiere una velocidad angular mayor.

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Una rueda tangencial con regulación a mano se presenta, en su forma más característica de construcción en el siguiente esquema que puede servirnos de modelo; correspondiendo al poco caudal, se proyectan estas máquinas con admisión parcial, constituyendo todo el aparato director una, dos o máximo cuatro boquillas por las cuales se envía un chorro de sección circular o rectangular contra las paletas. La dirección del chorro no es axial ni radial si no que es casi tangencial y de aquí la propiedad del nombre, antes muy general de Pelton (en honor a su inventor, el americano Pelton). Recordando lo dicho acerca de las bombas y teniendo la inversión de los fenómenos que en la turbina ocurren por ser máquinas motoras en lugar de máquina generadora, será fácil entender en la fig. sgte.

Figura 1.7 esquema de consumo de potencias

3.2 TURBINAS PELTON (Partes constitutivas)

3.2.1 Componentes de una turbina Pelton

Los componentes esenciales (Fig. 1.8) de una turbina Pelton, enumerados, dentro de lo posible y cuando corresponda, siguiendo la trayectoria del agua a través de la misma son:

Figura 1.8 Partes de una turbina pelton

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3.2.2 DISTRIBUIDOR DE UNA TURBINA PELTON

Está constituido por uno o varios equipos de inyección de agua. Cada uno de dichos equipos, formado por determinados elementos mecánicos, tiene como misión dirigir, convenientemente, un chorro de agua, cilíndrico y de sección uniforme, que se proyecta sobre el rodete, así como también, regular el caudal preciso que ha de fluir hacia dicho rodete, llegando a cortarlo totalmente cuando proceda. (Fig.1.9).

Figura 1.9 diagrama de inyección de la turbina.El número de equipos de inyección, colocados circunferencialmente alrededor de un rodete, depende de la potencia y características del grupo, según las condiciones del salto de agua. Así mismo, se puede disponer de más de un rodete en el mismo eje, cada uno de ellos dotado del distribuidor apropiado(Fig. 1.10)

Figura 1.10 diagrama frontal del sistema de inyección.

3.2.3 CÁMARA DE DISTRIBUCIÓN

Consiste en la prolongación de la tubería forzada, acoplada a ésta mediante brida de unión, posteriormente a la situación de la válvula de entrada a turbina, según la trayectoria normal del agua (Fig. 18). También se nombra cámara de inyectores.

Tiene como misión fundamental, conducir el caudal de agua. Igualmente, sirve de soporte a los demás mecanismos que integran el distribuidor (Fig.1.11).

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Figura 1.12 diagrama de la cámara de distribución.

Inyector.

Es el elemento mecánico destinado a dirigir y regular el chorro de agua. Está compuesto por:

Tobera. Se entiende como tal, una boquilla, normalmente con orificio de sección circular (puede tratarse de otra sección), de un diámetro aproximado entre 5 y 30 cm, instalada en la terminación de la cámara de distribución (Fig. 1.13).

Figura 1.13 esquema de la tobera de la turbina.

Aguja.

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Está formada por un vástago situado concéntricamente en el interior del cuerpo de la tobera, guiado mediante cojinetes sobre los cuales tiene un libre movimiento de desplazamiento longitudinal en dos sentidos.

Uno de los extremos del vástago, el orientado hacia el orificio de salida de la tobera, termina en forma esférico-cónica a modo de punzón, fácilmente recambiable, el cual regula el caudal de agua que fluye por la misma.

En el otro extremo, están dispuestos mecanismos tales como un muelle de cierre de seguridad, que tiende a cerrar el orificio de tobera, presionando al punzón sobre el mismo, cuando la turbina está parada, o se pone fuera de servicio de manera brusca debido a un determinado defecto que afecte al grupo. También, sobre dicho extremo, actúan una serie de palancas o de servomecanismos, que regulan la posición del punzón, al que de ahora en adelante llamaremos aguja o válvula de aguja, según las órdenes recibidas del regulador de velocidad, al que nos referiremos más adelante.

Deflector.

Es un dispositivo mecánico que, a modo de pala o pantalla, puede ser intercalado con mayor o menor incidencia en la trayectoria del chorro de agua, entre la tobera y el rodete, presentando la parte cóncava hacia el orificio de tobera.

Figura 1.14 deflector de la turbina.

Tiene como misión desviar, total o parcialmente según proceda, el caudal de agua, impidiendo el embalamiento del rodete al producirse un descenso repentino de la carga. Su intervención, evita variaciones bruscas de presión en la tubería forzada, al permitir una respuesta más lenta de la válvula de aguja, ante fuertes oscilaciones de carga.

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La situación del deflector se controla con el regulador de velocidad; al igual que las distintas secciones de paso de agua por las toberas, al controlar las posiciones de la válvula de aguja. Oportunamente se ampliarán estas actuaciones.

3.2.4 EQUIPO DE REGULACION DE VELOCIDAD

Está constituido por un conjunto de dispositivos electro-mecánicos, a base de servomecanismos, palancas y bielas. Su función, como veremos en el momento oportuno, es la de mantener constante la velocidad del grupo, a fin de que la frecuencia de la corriente generada tenga, en todas las circunstancias de carga, 50 períodos por segundo (p.p.s.). Este valor es general en toda Europa; sin embargo, en América del Norte y algunos países de Hispanoamérica, el valor normalizado es de 60 p.p.s

3.2.5 RODETE DE UNA TURBINA PELTON

Es la pieza clave donde se transforma la energía hidráulica del agua, en su forma cinética, en energía mecánica o, dicho de otra manera, en trabajo según la forma de movimiento de rotación. Esencialmente consta de los siguientes elementos (Fig. 1.15).

Figura 1.15 verificación de paletas de una turbina pelton.

3.2.5.1 Rueda motriz.

Está unida rígidamente al eje, montada en el mismo por medio de chavetas y anclajes adecuados. Su periferia está mecanizada apropiadamente para ser soporte de los denominados cangilones.

3.2.5.2 Cangilones.

También llamados álabes, cucharas o palas.

Son piezas de bronce o de acero especial para evitar, dentro de lo posible, las corrosiones y cavitaciones, concepto este último que será tratado convenientemente.

Están diseñados para recibir el empuje directo del chorro de agua. Su forma es similar a la de una doble cuchara, con una arista interior lo más afilada posible y situada centralmente en dirección perpendicular

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hacia el eje, de modo que divide al cangilón en dos partes simétricas de gran concavidad cada una, siendo sobre dicha arista donde incide el chorro de agua. En sección, el conjunto toma forma de omega abierta (Fig. 1.16).

Figura 1.16 alabes de una turbina pelton.

3.2.6 CARCASA DE UNA TURBINA PELTON

Es la envoltura metálica que cubre los inyectores, rodete y otros elementos mecánicos de la turbina (Fig. 1.16).

Figura 1.16 carcaza de una turbina pelton.

Su misión consiste en evitar que el agua salpique al exterior cuando, después de incidir sobre los cangilones, abandona a éstos.

Dispone de un equipo de sellado, en las zonas de salida del eje, a fin de eliminar fugas de agua. Puede estar formado por un laberinto metálico dotado de drenajes, o bien por juntas de estanqueidad, prensaestopas, etc.

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Cuando se trata de turbinas Pelton instaladas con el eje en posición vertical, la carcasa, situada horizontalmente, tiene convenientemente distribuidos en su periferia unos conductos de paso de aire para aireación del rodete, lográndose, alrededor del mismo, el adecuado equilibrio de presiones. En el caso de turbinas con el eje horizontal, la aireación se efectúa desde la cámara de descarga.

3.2.7 CAMARA DE DESCARGA

Se entiende como tal la zona por donde cae el agua libremente hacia el desagüe, después de haber movido al rodete. También se conoce como tubería de descarga.

Para evitar deterioros debidos a la acción de los chorros de agua, especialmente de los originados por la intervención del deflector, se suele disponer, en el fondo de la cámara de descarga, de un colchón de agua de 2 a 3 m de espesor. Con el mismo fin, se instalan blindajes o placas, situadas adecuadamente, que protegen la obra de hormigón.

Turbina Pelton de la central Miguilla

Figura 1.21 Turbina Pelton de la central Miguilla (1931). Potencia instalada en el generador 2.500 kV, 2.250 MW, Potencia instalada en la turbina 1.501 MW, Caída bruta 456 m.

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Turbina Pelton de la central Corani

Figura 1.22 Turbina Pelton de la central Corani (1980). Potencia instalada en el generador 15.000 kV, 13.500 MW, Potencia instalada en la turbina 15.293 MW, Caída bruta 622 m

Turbina Pelton de la central Landara

Figura 1.23 Turbina Pelton de la central Landara (2001). Potencia instalada en el generador 2.500 kV, 2.000 MW, Potencia instalada en la turbina 2.130 MW, Caída bruta 100 m

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Turbina Pelton de la central Santa Isabel

Figura 1.24 Turbina Pelton de la central Santa Isabel (2004). Potencia instalada en el generador 23.700 kV, 21.300 MW, Potencia instalada en la turbina 21.701 MW, Caída bruta 857 m

3.2.9 POTENCIA DE LA TURBINA EN MAGNITUDES HIDRAULICAS

Nu=ηt Na - Velocidad del chorro

Q= π4

d ch2 C1

- Coeficiente de pérdida en la tobera

Figura 1.25

- Altura neta

C1=K c1√2gHn- Potencia hidráulica absorbida

Na=QγH n

102

- Rendimiento

ηt=ηm ηv ηh Donde ηv≈0,8 ;ηh≈0 , 85 ;ηm≈0,8

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K p=K c1

(C1−C2)2

2 g3 1





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- Potencia de la turbina en magnitudes mecánicas

Nu=F∗U

- Fuerza tangencial

F=Qρ (C1−U )(1+K w2 Cos β2 )

- Velocidad tangencial del rodete

U =πDr

60∗n

- Velocidad relativa a la salida

W 2=K w2 W 1 ; Kw 2≈0 , 75 Factor de rozamiento en las cucharas

Cálculos complementariosPara la operación mas eficiente de una turbina se ha encontrado que Ku1 depende de la velocidad específica como la tabla 10.1 Streeter.

- Coeficiente de velocidad tangencial

U=Ku1C1 - Velocidad específica por tablas

Las ruedas de impulso con una sola boquilla son más eficientes si su velocidad específica se encuentra en los límites de 2 a 6

- Elección del rodete más adecuado

Figura 1.26

18

N s=nNu

12

Hn

54





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- Potencia del chorro

H ch=

V ch2

2 g=

C12

2g

Nch=

QγH ch

102

- Potencia remanente del chorro C1 U1=U2

C2

U1 W1=W1u W2

Fig. 2.4.3

N rch=QγH rch

102

H rch=C2

2

2 gC

22=C2u2+C

2 m2

C2u=U2−W 2 u

W 2 u=−W 2 Cos β2

W 2=W 1u=C1−U

C2m=W 2 Sen β2

4.- METODO DE EXPERIMENTACION

El laboratorio actual se realizó en fecha lunes 18 de junio del 2014 a horas 16:30 -18:00 p.m. en el laboratorio de Maquinas Hidráulicas de la carrera de Mecánica-Electromecánica de la Facultad Nacional de Ingeniería de la ciudad de Oruro.

Antes del inicio de la práctica debe verificarse si se cuenta con los siguientes materiales, equipos e instrumentos y si estos están en condiciones de trabajar con presión, confiabilidad y seguridad.

Para realizar el informe se debe tomar muy en cuenta los EPP, que debe tener en cuenta para las personas y todos los que realizaran las mediciones por seguridad.

4.1 MATERIAL Y EQUIPO EXPERIMENTAL Bomba centrifuga de impulsión

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β2





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Depósitos para aspiración y descarga del Agua Caudalimetro Rueda Pelton Freno de prony con banda Tacómetro Data loguer sensor de fuerza

4.2 MATERIALES E INSTRUMENTOSFICHAS TÉCNICAS

SENSOR VERNIER(TERMÓMETRO DIGITAL)

MARCA: LABQUEST

INDUSTRIA: ALEMANA

COLOR: CELESTE Y PLATEADO

ACCESORIOS: medidor de fuerza

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MATERIAL DESCRIPCIÓN

Nombre del instrumento

Tacometro

Marca del instrumento

ABB

Industria

Color Blanco

Unidades [Hz]

Alcance (min-máx.) 0[Hz]– 500[Hz]

Incertidumbre ±0.01[Hz]





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Bomba de impulsión

4.3 MONTAJE DEL EQUIPO

4.4 OPERACIÓN DEL EQUIPO -Verificar que todas las conexiones estén perfectamente, sin que haya fugas. - Verificar que el depósito de aspiración contenga agua.

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- Abrir la válvula de entrada para el cebado correspondiente de la bomba. - Poner en funcionamiento el motor eléctrico hasta un régimen de trabajo. - obtener la presión y el caudal registrado en el banco. - medir la velocidad de rotación del rodete pelton y una carga igual a cero - Variar la fuerza de carga con el brazo y obtener el par ordenado de velocidad y fuerza Repetir la experiencia para diferentes posiciones del brazo del freno hasta detener la rotación del.

4.5 OBTENCION DE DATOS

Dimensiones geométricos del rodete: Diámetro exterior = (mm) Diámetro interior = (mm) Diámetro medio = (mm) Ancho de los alabes = (mm) Altura de los alabes = (mm) Profundidad de los alabes = (mm) Numero de alabes = Angulo de los alabes = (°) Dimensiones de la TOBERA Diámetro de entrada = (mm) Diámetro de salida ó del chorro = (mm)

Nº F 1 [ N ] n[ rpm ] Q (gal/min)

1 0 443,29 75,12 4,360 406,1 75,13 9,266 349,3 75,14 14,67 242,7 75,15 19,08 165,9 75,16 22,36 0 75,1

Nota.- No hay que olvidarse emplear el concepto de que una medición no es un valor exacto y por lo tanto como mínimo se tendrá que tomar en cuenta en la lectura de mediciones el error de escala del instrumento usado.

4.5 CALCULOS

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CUESTIONARIO.-

A) ¿Qué tipo de papel juega el diseño de la tobera, y el ángulo de inclinación del alabe en la determinación

de la potencia?

En la turbina Pelton, el chorro con velocidad absoluta c 1 golpea simétricamente a la arista mediana de la

cazoleta, dividiéndose en dos partes iguales y deslizándose sobre las dos mitades de la misma, saliendo

desviados con una velocidad relativa (w2 = y w1) y ángulo de salida b2= 180º.

En la práctica, el ángulo a la entrada del rodete b1= 0º, aunque se desprecie la componente de choque

motivada por tal circunstancia; los diámetros de la rueda a la entrada y salida son iguales, por lo que las

velocidades u 1 yr u 2 también lo serán.

Si: b1 = 0, b2 = 180º, las velocidades c 1 y u 1 están en la misma dirección, al igual que c 2 y u 2 ,

deduciéndose que:

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c1= c1n ; c2= c2n <<

En general el salto Hn es fijo y c 1 conocida, por lo que parece interesante determinar la velocidad tangencial

u 1 que debe tener la rueda para obtener un rendimiento máximo.

Teniendo en cuenta los triángulos de velocidades con b1 = 0, b2 = 180º:

Figura 4.1: Triángulos de velocidades

Y considerando los coeficientes óptimos de velocidad:

Y la condición de rendimiento hidráulico máximo, conocidos c1 o j1, es:

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En la práctica u1 es menor que la mitad de la velocidad del chorro c1 de la forma:

Relación entre el diámetro de la rueda D, el diámetro del chorro d y el nº específico de revoluciones ns para

la turbina Pelton de un inyector

Sustituyendo en ns los valores del caudal, potencia y número de revoluciones, se obtiene:

En la práctica si se toman valores medios: = 0,825; 1= 0,48; 1= 0,98 ns = 248 d/D que es un resultado más

que suficiente para empezar a diseñar.

De acuerdo con lo visto, ns sólo puede variar con (d/D) por cuanto j1 viene impuesto por un salto dado Hn y 1

por la condición de rendimiento máximo máx.

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La relación (d/D) viene limitada por razones de índole constructiva; si es pequeña, se tendrá una rueda de gran

diámetro con un chorro de pequeño diámetro, por lo que las cucharas serían muy pequeñas y al ser el chorro

tan fino la potencia sería pequeña, lo cual, al tener que mover un gran volante, constituido por la propia rueda

y tener que vencer grandes rozamientos, debido al peso del rodete, se obtendrían rendimientos muy bajos, que

harían inutilizable la turbina. Por el contrario, si (d/D) es muy grande, implicaría también cucharas muy

grandes, por cuanto deberían recibir un chorro de gran diámetro en comparación con el de la rueda,

presentándose dificultades inherentes al tamaño de las cucharas, que harían impracticable la turbina.

Experimentalmente se ha comprobado que los valores (d/D) tienen que estar comprendidos entre los límites

siguientes, Fig. 4.2:

Fig. 4.2: Valores de d/D en función de ns

Tabla 4.1: Parámetros de la turbina Pelton en función de la altura neta

B) Insertar en fundamento teórico todo lo referente a CENTRALES HIDROELECTRICAS CON ESTE TIPO DE

TURBINAS EN BOLIVIA

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3.2.8 CENTRALES HIDROELÉCTRICAS EN BOLIVIA

Composición por tipo de generación Las empresas hidroeléctricas son CORANI, RÍO ELÉCTRICO, HIDROELÉCTRICA BOLIVIANA y SYNERGIA. La única empresa que posee plantas de generación de los dos tipos (hidroeléctrica y termoeléctrica) es COBEE. En el país existe un buen potencial para la generación hidroeléctrica, ya que las condiciones de tipo físico-geográfico hacen posible el aprovechamiento del recurso hídrico.

Figura 1.17 Composición de la energía producida por las hidroeléctricas

Fuente: ENDE (1990-1991) y Superintendencia de Electricidad (1991-2000) Datos: Anexo B.4.1.2

Como se puede notar en el gráfico anterior, la energía producida por las hidroeléctricas abarcaba más del 60% de la producción hasta 1993. A partir de 1994 la generación termoeléctrica tomó más importancia llegando, por un periodo de 5 años a igualar o superar a la producción hidroeléctrica. Este patrón se modificó en los últimos dos años en los que se observó un repunte de la generación hidroeléctrica, llegando en el año 2000 a una participación de la generación termoeléctrica de 54% del total. Este repunte se dio aún con la entrada en operación de una nueva planta de generación termoeléctrica.

Ubicación geográficaEn el siguiente mapa se muestra a las empresas Hidroeléctricas más importantes Descritas con la letra G y la zona geográfica a la que pertenecen.

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Figura 1.18 Ubicación geográfica

Capacidad de generaciónEl siguiente histograma denota la capacidad de generación de cada planta en (MW)

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Figura 1.19 Capacidad de generación

Como se puede observar en la torta la planta hidroeléctrica de Guaracachi tiene una mayor participación en la producción

Figura 1.20 Participación en la producción de centrales hidroeléctricas.

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Características de las centrales hidroeléctricas en Bolivia con turbinas Pelton (2004)

Tabla 1.1 Características de las centrales hidroeléctricas en Bolivia con turbinas Pelton (2004)

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8.- BIBLIOGRAFIA- Claudio Mataix MAQUINAS HIDRAULICAS segunda edición

- Encinas Polo TURBOMAQUINAS

- Quanz MOTORES HIDRAULICOS

- Alfredo Vargas CENTRALES HIDROELECTRICAS

- V. L. Streeter, E. Benjamín Wyle MECANICA DE FLUIDOS

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Lab 3 Estimacion y Analisis Del Rendimiento de Una Turbina