TURBINA PELTONARREGLROS

LABORATORIO DE MAQUINAS HIDRAULICASTURBINA PELTON CON FLUJO CONSTANTE

ADRIAN OMAÑA BOHORQUEZ 1121162

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDERFACULTAD DE INGENIERÍA

SAN JOSE DE CÚCUTA2015

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDERDEPARTAMENTO DE FLUIDOS Y TÉRMICAS LABORATORIO

DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRÁULICAS

Practica TURBINA PELTON CON FLUJO CONSTANTE

INTRODUCCION

Para un Ingeniero Mecánico es muy importante determinar en qué forma se está desempeñando una turbina, para ello es necesario conocer la forma en que se pueden determinar sus curvas características en función a los RPM de forma manual, ya que si se diera el caso de obtenerlas del fabricante, nosotros también debemos saber diseñarlas de forma manual, puesto que las curvas proporcionadas son para una turbina nueva y no para una con varios años de funcionamiento, por este motivo sus datos originales variaran y con esto son curvas.

También es necesario conocer de qué manera se las interpreta para darles un uso adecuado y no colocar una turbina en un sistema inadecuado que representara una eficiencia menor a la esperada.

El presente informe consta de una descripción de la turbina, equipos y/o materiales utilizados, los procedimientos seguidos durante y después de los ensayos debidamente detallados, para facilitar la compresión. Finalmente se establecen las conclusiones y recomendaciones a las que se han llegado después de realizar la experiencia.

1 OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Conocer el funcionamiento de las turbinas.

Determinar la altura (Ht), caudal (Q), potencia consumida (P) potencia hidráulica (Ph) y el rendimiento (n).

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

> Conocer los principios de operación de la turbina Pelton.

> Analizar las variables que determinan el desempeño de una turbina.

> Graficar la potencia mecánica, potencia hidráulica y la eficiencia contra las

diferentes revoluciones.

2. MARCO TEÓRICO

La mayor parte de las turbinas actuales de las centrales hidráulicas combina, al igual que las ruedas hidráulicas, el principio de acción y reacción. La turbina Pelton constituye una excepción. La turbina Pelton sólo aprovecha el principio de acción.

Principio de acción:

Sólo se aprovecha la energía de movimiento del agua.

Ejemplo: La forma más sencilla y más antigua de la rueda hidráulica es la rueda impulsora. Sus paletas se sumergen de forma inclinada en el flujo del agua. En este proceso sólo se aprovecha la energía de movimiento del agua (principio de acción).

Principio de reacción:

Se aprovecha la energía estática del agua. Ejemplo: La rueda rueda hidráulica de admisión es bastante más reciente. En este tipo de rueda, el agua fluye desde arriba sobre las paletas, impulsando la rueda. En este caso, se aprovecha casi sólo la energía estática del agua (principio de reacción).

TURBINA PELTON

La turbina Pelton fue construida en el año 1880 por el ingeniero americano LesterPelton. Como el agua se va destensando después de su salida de la tobera sobre la presión ambiente, también se habla de turbina de acción.

En el caso de la turbina Pelton, el agua sale con una presión muy alta y unas velocidades muy elevadas de una o varias toberas para llegar a paletas de la rueda de rodadura.

Cada una de las 40 hojas de paleta está dividida en dos semillas semipaletas, las llamadas "copas". En el centro de estas semipaletas, el chorro de agua de las toberas entra en contacto de forma tangencial. En caso de una altura de caída de 1000 metros, el chorro de agua puede alcanzar una velocidad de hasta 500 km/h. En función del tipo de construcción y de la altura de caída, la turbina Pelton consume entre 20 y 8000 litros de agua por segundo. Tiene un numero de revoluciones muy elevado: hasta 3000 revoluciones por minutos. Su grado de efectividad es de 85% al 90%, por lo que ofrece unos rendimientos buenos, incluso cuando no trabaja a plena carga. Este tipo de turbina se utiliza para centrales hidráulicas con muy elevadas alturas de caída (hasta 2000 m) con unos volúmenes de agua más bien reducidos. Gracias a sus propiedades, la turbina Pelton es típica para las centrales hidráulicas de acumulador en alta montaña.

3. APARATOS A UTILIZAR

UNIDAD UNIVERSAL DE ACCIONAMIENTO Y FRENADO (HM 365). MODULO AUXILIAR PARA LA OPERACIÓN DE TURBINAS (HM 365.32). TURBINA PELTON (HM 365.31) BLOQUE DE APARATOS DE MEDICIÓN DEL MODULO BÁSICO (HM 365.10)

4. PROCEDIMIENTO

Montar la turbina sobre el módulo de alimentación HM 365.32.

> Ajustar la válvula de aguja según lo deseado.> Cerrar la válvula de estrangulación y conectar la bomba. Acelerar la bomba hasta

que alcance el pleno número de revoluciones.> Abrir la válvula de estrangulación lentamente y acelerar la turbina hasta que

alcance el número de revoluciones máximo.> Controlar y, en caso necesario, ajustar el caudal de agua de refrigeración.> Con el dispositivo de freno se debe ajustar y anotar, comenzando con el valor

más alto, el par de giro y, de esta manera, el número de revoluciones deseado.> Leer y anotar el número de revoluciones, la corriente volumétrica y la presión de

admisión.

5. CALCULO.

En base a los datos de medición se calcula la potencia mecánica entregada, la potencia hidráulica suministrada y el grado de efectividad. Se utilizan las siguientes ecuaciones de valores numéricos:

5.1 POTENCIA MECÁNICA.

Pmec=M ∙O Pmec=M ∙ 2π60xn

Con Pmec en W REVOLUCIONES: n en rpm TORQUE: M en N.m

5.2 POTENCIA HIDRÁULICA

Es la potencia que entrega el fluido a la turbina

Phid=106×Q× P1

Phid = potencia hidráulica (W)

Q = caudal (L/min)P1 = presión relativa (bar)

5.3 EFICIENCIA o GRADO DE EFECTIVIDAD

nturb=PmecPh

TABLA DE DATOS

Flujo Q (L/min)= 142

N(rpm) Presión de succión (bar)

Presión de Descarga (bar)

TorquimetroM = (N.m)

Temperatura(°C)

3000 2.65 0.0 2.25 31.4

2700 2.64 0.0 2.2 32.42400 2.65 0.0 2.01 33.22100 2.64 0.0 1.92 34

1800 2.64 0.0 1.85 34.81500 2.63 0.0 1.68 35.51200 2.64 0.0 1.55 36900 2.64 0.0 1.53 36.8600 2.64 0.0 1.38 37.3340 2.63 0.0 1.43 38.1

6. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

Con la tabla de datos calculamos la potencia mecánica (W), Potencia hidráulica (W), y eficiencia (%).

Para n = 3000 rpm

Caudal (Q)

Q1=142

lmin

∗1m3

1000 l∗60min

1h=8.52m3 /h

Presión en la entrada

−2.65 ¿̄ 10m1 ¿̄=−26.5m ¿

Altura total de la bomba (m)

H=26.5m+0m=26,5m

Potencia hidráulica (W)

Ph=106

∗142∗2,65=627,16W

Potencia Mecánica (W)

Pmec=2.25N . m∗3000∗2π60

=706,85w

Eficiencia de la bomba (%)

ŋbom=706,85w627,16w

∗100%=112,7%

Para n = 2700 rpm

Caudal (Q)

Q1=142

lmin

∗1m3

1000 l∗60min

1h=8.52m3 /h


−2.64 ¿̄ 10m1 ¿̄=−26.4m ¿


H=26.4m+0.0m=26,4m


Ph=106

∗142∗2,64=624,8W


Pmec=2.20N . m∗2700∗2π60

=622,03w


ŋbom=622,03w624,8w

∗100%=99,55%

Para n = 2400 rpm

Caudal (Q)

Q1=142

lmin

∗1m3

1000 l∗60min

1h=8.52m3 /h


−2.65 ¿̄ 10m1 ¿̄=−26.5m ¿


H=26.5m+0.0m=26,5m


Ph=106

∗142∗2,65=627,16W


Pmec=2.01N . m∗2400∗2 π60

=505,16w


ŋbom=505,16w627,16w

∗100%=80,54%

Para n = 2100 rpm

Caudal (Q)

Q1=142

lmin

∗1m3

1000 l∗60min

1h=8.52m3 /h


−2.64 ¿̄ 10m1 ¿̄=−26.4m ¿


H=26.6m+0.0m=26,4m


Ph=106

∗142∗2,64=624,8W


Pmec=1.92N . m∗2100∗2 π60

=422,23w


ŋbom=422,23w624,8w

∗100%=67,57%

Para n = 1800 rpm

Caudal (Q)

Q1=142

lmin

∗1m3

1000 l∗60min

1h=8.52m3 /h


−2.64 ¿̄ 10m1 ¿̄=−26.4m ¿


H=26.4m+0,0m=26,4m


Ph=106

∗142∗2,64=624,8W


Pmec=1,85N . m∗1800∗2 π60

=348,71w


ŋbom=348,71w624,8w

∗100%=55,81%

Para n = 1500 rpm

Caudal (Q)

Q1=142

lmin

∗1m3

1000 l∗60min

1h=8.52m3 /h


−2.65b ar∗10m1 ¿̄=−26.5m¿


H=26.5m+0,0m=26,5m


Ph=106

∗142∗2,65=627,16W


Pmec=1.68N . m∗1500∗2 π60

=263,89w


ŋbom=263,89w627,16w

∗100%=42,076%

Para n = 1200 rpm

Caudal (Q)

Q1=142

lmin

∗1m3

1000 l∗60min

1h=8.52m3 /h


−2.64 ¿̄ 10m1 ¿̄=−26.4m ¿


H=26.4m+0.0m=26,4m


Ph=106

∗142∗2,64=624,8W


Pmec=1.55N . m∗1200∗2 π60

=194,77w


ŋbom=194,77w624,8w

∗100%=31,17%

Para n = 900 rpm

Caudal (Q)

Q1=142

lmin

∗1m3

1000 l∗60min

1h=8.52m3 /h


−2.64 ¿̄ 10m1 ¿̄=−26.4m ¿


H=26.4m+0.0m=26.4m


Ph=106

∗142∗2,64=624,8W


Pmec=1,53N . m∗900∗2π60

=144,19w


ŋbom=144,19w624,8w

∗100%=23,07%

Para n = 600 rpm

Caudal (Q)

Q1=142

lmin

∗1m3

1000 l∗60min

1h=8.52m3 /h


−2.64 ¿̄ 10m1 ¿̄=−26.4m ¿


H=26.4m+0.0m=26,4m


Ph=106

∗142∗2,64=624,8W


Pmec=1.38N . m∗600∗2π60

=86.7w


ŋbom=86.7w624,8w

∗100%=13,87%

Para n = 340 rpm

Caudal (Q)

Q1=142

lmin

∗1m3

1000 l∗60min

1h=8.52m3 /h


−2.63 ¿̄ 10m1 ¿̄=−26.3m ¿


H=26.3m+0.0m=26.3m


Ph=106

∗142∗2,63=622.43W


Pmec=1.43N . m∗600∗2π60

=89.85w


ŋbom=89,85w622,43w

∗100%=14,43%

TABLA DE RESULTADOS

Con la tabla de datos calculamos la Potencia mecánica (W), Potencia hidráulica(W), y Eficiencia (%).

Con los datos leídos calcular cada uno de las variables de la tabla de resultado.

Flujo Q (L/min)= 142

N (rpm) H (m) Pot. Mec.(W)

Pot. Hid.(W)

Ŋ bom (%)

3000 27.3 747,69 631,9 118,32

2700 27.2 630,51 629,53 110,15

2400 27.2 552,92 629,53 88,83

2100 27.2 435,42 629,53 69,16

1800 27 339,29 627,16 54,09

1500 27 251,32 627,16 40,07

1200 27 224,93 627,16 35,86

900 26.9 156,45 624,8 25,04

600 27 101,15 627,16 16,12

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 35000

100

200

300

400

500

600

700

800

N vs Pot Mec

Pot Mec (W)

N (rpm)

Pot Mec (W)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 35000

20

40

60

80

100

120

140

N vs Ŋ bom

Ŋ bom (%)

N (rpm)

Ŋ bom (%)

CONCLUSIONES

La potencia mecánica aumenta a medida que aumentan las revoluciones de la turbina.

Como podemos observar con la ayuda de la segunda gráfica, se podría afirmar la relación entre la eficiencia y las revoluciones es casi directamente proporcional.

Se puede observar que la turbina presenta mayor rendimiento aproximadamente en las 3000 RPM.

BIBLIOGRAFIA

MATAIX, Claudio, mecánica de fluidos y maquinas hidráulicos Editorial Haría, segunda Edición

VEN TE CHOW, Hidráulicas de canales abiertos. Editorial Mc Graw-Hill RODRIGUEZ DIAZ Héctor Alfonso Hidráulica Experimental. Editorial Escuela Colombiano de Ingeniería

ROBERT. MOTT. Mecánica de fluidos aplicado. Editorial Prentice- may

SOTELO AVIAL Gilberto. Hidráulico general

CATALOGOS DE GUNT HAMBURG DE LOS BANCOS DE ENSAYOS

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