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INSTRUCCIONES BANCO TURBINA PELTON

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Índice: Página

Introducción................................................................................................................... 3

Descripción Banco Turbina Pelton................................................................................. 6

Curvas características de una Bomba Centrífuga y Turbina hidráulica tipo Pelton....... 8 Procedimientos para las prácticas.................................................................................. 9 ANEXO

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Introducción

La turbina Pelton es una turbina hidráulica del tipo turbomáquina donde el flujo es

transversal al rodete o rotor, el cual está dotado de álabes tipo cucharas en la periferia del

rodete. Su diseño consiste en convertir la energía de un chorro de agua que incide sobre

los álabes, permitiendo obtener grandes saltos hidráulicos de bajo caudal.

La turbina Pelton es una turbomáquina que obtiene energía del fluido, la cual se convierte

en trabajo mecánico el que será transformado en energía eléctrica mediante un

alternador del tipo imanes permanentes.

Teóricamente el funcionamiento se basa en un cambio de la cantidad de movimiento

entre la entrada y salida de la turbina Pelton. Este cambio genera fuerzas en el rodete lo

que se obtienen un torque en el eje de la turbina y por consiguiente una potencia

mecánica. Las turbinas Pelton se denominan de acción debido a que reciben un chorro de

agua a alta velocidad y a presión atmosférica (presión constante) con lo que el flujo se

encuentra a presión constante, por lo que el grado de reacción es nulo y su movimiento es

por acción.

La clasificación de las turbinas Pelton es según su número específico de revoluciones (ns):

ns =

dónde ns número de revoluciones (rpm)

Pu potencia útil en el eje

H altura o salto hidráulico neto

Par una turbina Pelton con 1 chorro el número específico n esta en el rango de 2 a 34, y

para una turbina Pelton con 2 chorros el número específicos está en el rango de 31 a 48 y

para una turbina Pelton el número específico está hasta 70.

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Parámetros característicos de una turbina Pelton:

Para un balance de energía en la sección de entrada (E) y la sección de salida (S),

corresponde a :

+

+ ZE - H =

+

+ ZS

H = (

ZE - ZS

dónde H altura o salto hidráulico

pE presión de entrada

pS presión de salida

vE velocidad de entrada del fluido

vS velocidad de salida del fluido

Z cota geodésica del fluido. Particularmente Z=0

Ɣ peso específico del fluido

ENTRADA (E) SALIDA (S)

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g aceleración de gravedad 9,8 m/seg2

La potencia hidráulica absorbida corresponde a la potencia útil en el eje más las pérdidas

de potencia por efectos mecánicos, hidráulicos y volumétricos.

Se define Pu = T ω

PH = Q Ɣ H

dónde PH : potencia de accionamiento

T : torque

ω: velocidad angular

Q: caudal

Ɣ: peso específico del fluido

H: altura manométrica

Se define Rendimiento o eficiencia ƞ =

La potencia eléctrica alterna generada por la turbina Pelton se define:

Pu = V I cos Ɵ

donde V es el voltaje entregado por el generador e I la corriente eléctrica que circula por

el circuito. En tanto al coseno Ɵ corresponde al desfase que hay entre la ondas de voltaje

y corriente. Es este caso se asumirá como cos Ɵ = 1 debido a que los elementos de carga

(ampolletas) se comportan como si fueran una resistencia. Por lo tanto,

Pu = V I

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Descripción Banco Turbina Pelton

El equipo Turbina Pelton consiste en un banco de estructura metálico en el cual va

montado una bomba centrífuga que genera el salto hidráulico y que a la entrada como a la

salida se miden la succión (vacuómetro mbar) y presión positiva (manómetro psi)

respectivamente. La capacidad del estanque aprox. de 200 L del estanque almacena el

agua para la alimentar en circuito hidráulico. Los ductos lineales tranparentes permiten

observar la circulación bajo diferentes regímenes de funcionamiento de la bomba

centrífuga, y esta variación se realiza mediante la válvula de compuerta que está después

de la bomba según el seguimiento del circuito hidráulico. El caudal de circulación se mide

con un caudalímetro electrónico tipo hélice. Dos válvulas de bolas una hacia estanque y la

otra hacia la turbina Pelton. Para el accionamiento de la turbina Pelton se realiza

mediante una válvula reguladora tipo aguja la cual permite aumentar o disminuir la

sección del chorro de agua que incide en los álabes o cucharas de la turbina Pelton,

generando un movimiento circular en el rodete. Al eje de la turbina se acopla un

generador eléctrico de imanes permanentes el cual se obtiene la transformación eléctrica

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alterna producto del efecto de movimiento del rodete. Permiten medir: rpm (en el eje),

voltaje y frecuencia generada como corriente eléctrica en las cargas del panel de

lámparas.

Consideraciones de las prácticas

1.- La bomba centrífuga Marca Pedrollo Modelo HFM 5A Caudal 100 - 600 L/min H 13,8

m, tiene una frecuencia de giro de 2.900 rpm. La variación del giro de rpm se obtiene

abriendo o cerrando la válvula de compuerta ubicada después de la bomba.

2.- La bomba centrífuga cuanta con medidores de presión a la entrada (vacuómetro) y a la

salida (manómetro).

3.- Antes de la entrada a la turbina Pelton hay otro manómetro que permite medir el salto

hidráulico que incide en el rodete de la turbina.

4.- La turbomáquina está compuesta por la turbina Pelton y generador eléctrico alterno de

imanes permanentes. La potencia máxima que entrega la tubomáquina son 200 W. (Ver

especificaciones del fabricante de la turbina).

5. El generador eléctrico cuenta con la lectura de voltaje de entrega y frecuencia. Y en el

circuito del conjunto de lámparas se incluye en medidor de intensidad de corriente

eléctrica.

6.- La turbomáquina cuenta con la lectura digital del giro de la turbina.

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Curvas características de una Bomba Centrífuga y Turbina hidráulica tipo Pelton Práctica 1: Determinar la curva característica de la bomba centrífuga.

PRESIÓN / CAUDAL 2900 rpm (información referencial)

Práctica 3: Considerar cinco (5) diferentes caudales de funcionamiento para la turbina Pelton, de tal forma que los cinco diferentes caudales de definen experimentalmente utilizando la válvula de compuerta la que permite restringir el caudal que entrega la bomba. Ejercicio 4: Para cada medición especifica que se realiza de la turbina, medir todas las variables hidráulicas y eléctricas del sistema, para seis (6) diferentes combinaciones de carga eléctrica simuladas por las ampolletas. Ejercicio 5: Determinar el número específico de la Turbina Pelton. Ejercicio 6: Representar gráficamente las (5) curvas características correspondientes de la turbina Pelton en función del número específico. Representar gráficamente las curvas de caudal, potencia útil y eficiencia en función del número específico.

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PROCEDIMIENTO DE LAS PRÁCTICAS. Los pasos que se deben seguir para realizar las prácticas son los siguientes: 1.- Verificar que la válvula de compuerta esté completamente abierta 2.- Verificar que las válvulas de bolas estén totalmente abiertas

2.- Encender el equipo con la llave selectora se iluminará una luz piloto de color verde. 3.- La bomba funcionará a máximo giro de velocidad. 4.- En el caso que la bomba no gire, puede significar que esté trabada por el poco uso, entonces apagar inmediatamente y desenchufar de la red eléctrica. Proceder a sacar la tapa trasera del motor y girar con la mano la hélice de ventilación, una vez que el giro de la hélice sea suave y normal entonces colocar tapa y enchufar a la red. Encender el equipo. 5.- Verificar funcionamiento de manómetros. 6.- Verificar que todos los instrumentos digitales estén encendidos. 7.- Para la práctica de la curva característica de la bomba centrífuga, cerrar la válvula de bola que va antes de la turbina Pelton y dejar abierta la válvula de bola a estanque.

PARE

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8.- Datos técnicos:

Presión Atmosférica en La Serena xxxx mbar

1 KPascal = 1 KN/m2 = 0,1019745 m H2O = 0,1450377 psi

1 Bar = 100 KPascal = 10,19745 m H2O

Presión Atmosférica = 10,3198194 m H2O = 101,2 KPascal (REFERENCIA)

Presión Absoluta = Presión Manométrica + Presión Atmosférica

PABS = Pm + PAt

9.- Cerrar totalmente la válvula de compuerta el caudal debe ser 0 L/min entonces medir la presión de entrada y salida. Abrir la válvula de compuerta y realizar las medidas de caudal y presión de entrada para distintas posiciones hasta que la válvula esté totalmente abierta. 10.- Realizar 10 mediciones.

N° de medición

Caudal (L/min) Presión salida (psi) Presión entrada (mbar)

Temperatura Estanque °C

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Considerar las transformaciones de unidades de medida de acuerdo a : m H2O y L/min.

REF.

PARE

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11.- Para la determinación del las curvas características de la turbina Pelton proceder como:

a) Abrir totalmente la válvula de compuerta a caudal máximo (para régimen de giro fijo de la bomba centrífuga).

b) Abrir totalmente la válvula de aguja (reguladora de chorro de agua) que incide en el rodete de la turbina Pelton.

c) Abrir válvula de bola hacia la turbia Pelton. d) Cerrar válvula de bola hacia estanque. e) Encender el equipo con la llave selectora se iluminará una luz piloto de f) color verde. g) Entonces medir todas las variables hidráulicas y eléctricas. Mover discretamente la

válvula aguja para distintas posiciones a medida que la válvula se está cerrando. En los distintos pasos realizar 10 mediciones de las variables hidráulicas y eléctricas. Confeccionar tabla.

h) Repetir los anterior para diferentes régimen de giro de bomba de centrífuga, total 5.

i) Confeccionar tabla de datos para cada régimen de giro. Régimen de giro 1 bomba centrifuga

REF.

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12.- De

acuerdo a lo anterior, calcular lo siguiente:

N° Medición

Q L/min

pE mbar

pS psi

V Volt

I Amper

f Hz

ω rpm

1

2

3

4

5

6

7

8

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N° Medición

v =

(*)

H m

Pu

W ns =

PH

W ƞ =

1

2

3

13

(*) A: Sección de tubería transparente, diámetro 50,8 mm. Verificar medición

considerando diámetro externo y restarle 3,1 mm.

13.- Graficar en cada caso las curvas de caudal, potencia útil y eficiencia en función del número específico.

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5

6

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8

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