informe de turbomaquinas ( rueda pelton )

Introducción

Lester Allan Pelton o llamado por sus amigos el carpintero de VGR ya que inventó una de las turbinas más importantes del mundo, carpintero y montador de ejes y poleas, inventó la turbina Pelton en 1879, mientras trabajaba en California. Obtuvo su primera patente en 1880.

Una turbina Pelton es uno de los tipos más eficientes de turbina hidráulica. Es una turbo maquina motora, de flujo radial, 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.

objetivos

* Conocer los principios de operación de la rueda Pelton.

* Determinar las curvas características del funcionamiento de la rueda Pelton del programa de Ingeniería mecánica de EMAVI mediante datos experimentales.

* Realizar el análisis correspondiente, para buscarlas posibles soluciones o mejorar la eficiencia.

*Determinar los valores de las diferentes potencias presentes en la Turbina relacionados con las diferentes RPM presentes durante el funcionamiento de la Turbiena.

descripción de la practica 

Al iniciar la practica el docente nos dio a conocer las distintas maquinas y medidores que deberiamos tener en cuenta para realizar correctamente los ensayos. Luego de eso se establecieron los parametros con los cuales iniciaríamos cada una de las mediciones, esto en cuanto a presion en (psi), torque, rpm, y cantodad de vueitas dadas en 20 segundos y la cantidad de giro aplicado a la perilla que controlaba el flujo del liquido de la tobera.   se inicia la practica con 1/2 vuelta, luego 1 vuelta y 1/2, 2 vueltas, 2 vueltas y 1/2, 3 vueltas, 3 vueltas y 1/2 de la perilla controladora de flujo hasta alcanzar un máximo de 4 vueltas a la misma, este procedimiento es para determinar la influencia de la cantidad de flujo que sale de la tobera, y por ende la presión que el flujo ejerce en cada una de las paletas de la rueda Pelton. se toman los datos correspondientes a cada ensayo, es decir el dato de presión, vueltas de la rueda, rpm y torque cada 1/2 de vuelta de la perilla anteriormente mencionada.  Se aplica el mismo procedimiento para 3 distintos datos de peso aplicado al eje de la rueda para ver las distintas características de comportamiento teniendo en cuenta el cambio de fuerza aplicada al eje y asi mismo poder calcular como se comporta la velocidad y la potencia de cada vuelta respecto a las fuerzas aplicadas por cada una de las fuerzas aplicadas

Marco teórico

Rueda pelton  

Energía hidráulica,

energía que se obtiene de la caída del agua desde cierta altura a un nivel inferior lo que provoca el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas. La hidroelectricidad es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivación, y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. Todo ello implica la inversión de grandes sumas de dinero, por lo que no resulta competitiva en regiones donde el carbón o el petróleo son baratos, aunque el coste de mantenimiento de una central térmica, debido al combustible, sea más caro que el de una central hidroeléctrica. Sin embargo, el peso de las consideraciones medioambientales centra la atención en estas fuentes de energía renovables.

funcionamiento 

Turbina,

Motor rotativo que convierte en energía mecánica la energía de una corriente de agua, vapor de agua o gas. El elemento básico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hélices, cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, de tal forma que el fluido en movimiento produce una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hace girar. Esta energía mecánica se transfiere a través de un eje para proporcionar el movimiento de una máquina, un compresor, un generador eléctrico o una hélice. Las turbinas se clasifican en turbinas hidráulicas o de agua, turbinas de vapor y turbinas de combustión. Hoy la mayor parte de la energía eléctrica mundial se produce utilizando generadores movidos por turbinas. Los molinos de viento que producen energía eléctrica se llaman turbinas de viento.

Turbinas hidráulicas

El tipo más antiguo y más simple de turbina hidráulica es la rueda hidráulica, utilizada por primera vez en Grecia y utilizada durante la antigüedad y la edad media para moler cereales. Consistía en un eje vertical con un conjunto de aspas o palas radiales situadas en una corriente de agua a gran velocidad. La potencia de la rueda era de unos 0,5 caballos de vapor (CV). La rueda hidráulica horizontal (o sea, un eje horizontal conectado a una rueda de palas vertical), descrita por primera vez por el arquitecto e ingeniero romano Vitrubio en el siglo I a.C., tenía el segmento inferior de la rueda de palas insertada en la corriente, y actuaba como una rueda hidráulica de empuje inferior.

Hacia el siglo II d.C. se empezó a utilizar en las regiones montañosas la rueda hidráulica de empuje superior. En este caso, el agua se vertía sobre las palas desde arriba, y se obtenía energía adicional de la inercia del agua en su caída. En la edad media la potencia máxima de la rueda, fabricada con madera, aumentó de 3 a 50 CV.

La transición de la rueda hidráulica a la turbina es sobre todo semántica. El primer intento de formular la base teórica para el diseño de ruedas hidráulicas en el siglo XVIII corresponde al ingeniero civil británico John Smeaton, que demostró que la rueda de empuje superior era más eficaz. Sin embargo, el ingeniero militar francés Jean Victor Poncelet diseñó una rueda de empuje inferior cuyas palas curvadas aumentaban el rendimiento casi un 70%. El uso de esta máquina se extendió rápidamente. Otro ingeniero militar francés, Claude Burdin, inventó el término turbina, como parte de un análisis teórico en que se daba una gran importancia a la velocidad de rotación. Benoit Fourneyron, un alumno de Burdin en la Escuela de Minería de Saint Étienne, diseñó y construyó ruedas que alcanzaban velocidades de rotación de 60 rpm (revoluciones por minuto) o más y que proporcionaban hasta 50 CV en las factorías metalúrgicas francesas. Por último, Fourneyron construyó turbinas que trabajaban a 2.300 rpm, desarrollando 60 CV y un rendimiento de más del 80%.

A pesar de esta eficiencia excepcional, la turbina de Fourneyron tenía algunos inconvenientes causados por el flujo centrífugo del agua que la atravesaba. Esto provocaba problemas si se reducía el flujo de agua o su carga. El ingeniero estadounidense nacido en Gran Bretaña James B. Francis diseñó una turbina en la que el flujo se producía hacia el interior. La llamada turbina de reacción o turbina Francis se convirtió en la turbina hidráulica más utilizada con presiones de agua, o alturas de caída, equivalentes a una columna de agua de 10 a 100 m. Este tipo de turbina funciona debido a la expansión del agua mientras fluye a través de los espacios entre las palas, lo que produce una fuerza neta, o reacción, con un componente tangencial que pone la rueda en movimiento.

La rueda Pelton, cuyo nombre proviene del ingeniero estadounidense Lester Allen Pelton, se empezó a aplicar durante la segunda mitad del siglo XIX, en instalaciones donde la presión del agua era equivalente a una columna de agua de entre 90 y 900 m. En este tipo de turbinas el agua se conduce desde un depósito a gran altura a través de un canal o una conducción forzada hasta una boquilla eyectora que convierte la energía cinética del agua en un chorro a presión. Dado que la acción de la rueda Pelton depende del impulso del chorro sobre ella, en lugar de la reacción del agua en expansión, este tipo de turbina se denomina también turbina de acción.

El aumento de las necesidades de energía hidroeléctrica durante los albores del siglo XX puso de manifiesto la necesidad de turbinas que pudieran aprovechar caídas de agua de 3 a 9 m, que podrían utilizarse en muchos ríos construyendo pequeños embalses de agua. En 1913, el ingeniero austriaco Viktor Kaplan planteó por primera vez la turbina de hélice, que actúa al contrario que la hélice de un barco. Kaplan mejoró la turbina haciendo que las palas pudieran pivotar sobre su eje. Los distintos ángulos de las palas aumentaban el rendimiento ajustando el ángulo al volumen de la caída de agua.

Para mantener una salida constante de voltaje en una instalación hidroeléctrica la velocidad de la turbina debe mantenerse constante, independientemente de las variaciones de la presión del agua que las mueve. Esto requiere gran número de controles que, tanto en la turbina de Francis como en la de Kaplan, varían el ángulo de las palas. En las instalaciones de ruedas Pelton, el flujo del agua se controla abriendo y cerrando las boquillas eyectoras. En este caso, se utiliza una boquilla de derivación de descarga, dado que los cambios rápidos de corriente en canales de caída largos podrían producir aumentos repentinos en la presión, llamados martillos de agua, que pueden ser muy dañinos. Con estos ajustes, se mantiene constante el flujo de agua a través de las boquillas. Para ello se cierran las boquillas de descarga, lo que se hace con mucha lentitud para evitar martillos de agua.

 análisis de resultados

# vueltas	f1	f2	# rpm	torque	potencia	area	caudal	gravedad	densidad	velocidad	w
1/2	2,5	1,5	0	2,4625	0	9,8	0	9,81	1	0	0
1	3,5	1	0,3	3,475	0,10916886	18,3	5,49	9,81	1	100,467	0,0314155
1 1/2	4	0,5	0,6	3,9875	0,25053861	26,5	15,9	9,81	1	421,35	0,062831
2	4,5	0	0,9	4,5	0,42410925	34,4	30,96	9,81	1	1065,024	0,0942465
2 1/2	4,5	5	0,13	4,375	0,05955855	41,1	5,343	9,81	1	219,5973	0,01361338
3	4,7	5	0,18	4,575	0,08623555	47,7	8,586	9,81	1	409,5522	0,0188493
3 1/2	4,7	5	0,24	4,575	0,11498073	53,5	12,84	9,81	1	686,94	0,0251324
4	4,7	5	0,26	4,575	0,12456246	58,7	15,262	9,81	1	895,8794	0,02722677
4 1/2	4,7	5	0,28	4,575	0,13414419	63,3	17,724	9,81	1	1121,9292	0,02932113

# vueltas	f1	f2	# rpm	torque	potencia	area	caudal	gravedad	densidad	velocidad	w
1/2	2	1	0	1,975	0	9,8	0	9,81	1	0	0
1	3,5	2	0	3,45	0	18,3	0	9,81	1	0	0
1 1/2	4,7	3,5	0	4,6125	0	26,5	0	9,81	1	0	0
2	5,75	4,8	0,2	5,63	0,11791284	34,4	6,88	9,81	1	236,672	0,02094367
2 1/2	6	4,8	0,24	5,88	0,14777851	41,1	9,864	9,81	1	405,4104	0,0251324
3	6,75	5	0,36	6,625	0,24975323	47,7	17,172	9,81	1	819,1044	0,0376986
3 1/2	6,75	5,5	0,39	6,6125	0,27005549	53,5	20,865	9,81	1	1116,2775	0,04084015
4	6,76	5,6	0,45	6,62	0,31195592	58,7	26,415	9,81	1	1550,5605	0,04712325
4 1/2	6,76	5	0,6	6,635	0,41688369	63,3	37,98	9,81	1	2404,134	0,062831

CONCLUSIONES:

• La potencia requerida para producir una mayor cantidad de energía es mucho mayor o proporcional al torque aplicado sobre el eje.
• A mayor altura mayor sera la potencia de salida del liquido ( H2O) y también sera mayor la capacidad de contra restar la fuerza ejercida por los distintos factores que intervienen en el proceso.
• que a mayor caudal de salida ejerce mas fuerza en la rueda pelton llegando a una rpm de 8 vueltas por segundo.

biografía 

mi nombre es jonathan andres valencia vivo con mi papa y con mi hermano ,trabajo en una editorial de libros y actualmente me encuentro estudiando en la fundación universitaria los libertadores.