1. INTRODUCCION

Este trabajo Anlisis de Curvas caractersticas de la turbina pelton consiste en impulsar agua con la bomba para simular una cada de agua en la turbina, obteniendo gracias a esta energa mecnica en forma de torque, este es medido y analizado por los estudiantes, obteniendo as datos con los cuales se calcularan obteniendo as resultados que permiten saber la eficiencia de esta y como se puede mejorar esta. Se agradece la colaboracin y orientacin del ingeniero a cargo sin el cual este ensayo no se podra haber realizado.

2. RESUMEN:El ensayo en el modulo de turbinas Pelton consiste en obtener graficas de las curvas caractersticas de la turbina, en el Laboratorio de Termohidrulica de la Facultad de Ingeniera Mecnica de la UNCP, para afianzar los conocimientos a adquiridos en cursos preliminares. La finalidad es analizar el comportamiento de la turbina partir de las graficas de curvas caractersticas obtenidas Para el efecto seleccionamos una altura de carga controlado por el manmetro instalado en la bomba hidrostal que simula el salto hidrulico, se mide el caudal en el vertedero y colocando varios pesos en el freno se toman lecturas de la velocidad angular de la turbina, lectura en el dinammetro y la temperatura del agua. Como datos de diseo se tiene el ngulo de salida del alabe de 10. Finalmente se debe procesar los datos obtenidos, y luego graficar las distintas curvas caractersticas de la turbina.

3. OBJETIVO:Determinar las curvas caractersticas del funcionamiento de la turbina Pelton de la facultad de Ingeniera mecnica mediante datos experimentales.

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4. MARCO TEORICO: TURBINAS PELTONEste tipo de turbina fue creada y patentada en 1889 por el norteamericano Lester Allan Pelton. El principio de funcionamiento es relativamente simple, ya que constituye una evolucin lgica de la antigua rueda hidrulica. Posee las mejores caractersticas para grandes alturas, y desde luego es la nica mquina capaz de funcionar con alturas superiores a 1.700 m. Son notables su suavidad de giro y su buen funcionamiento a carga parcial. En la figura se muestra la disposicin tpica de una turbina Pelton. La tobera lanza a la atmsfera un chorro de alta velocidad que incide sobre una serie de cucharas o labes montados en la periferia de una rueda. El par ejercido por el impacto y la desviacin del chorro provoca el giro de la rueda. Una vez transmitida su energa a la rueda, el agua sale de los labes a velocidad relativamente baja y es dirigida hacia el canal de desage. Por tanto, la turbina ha de estar colocada a suficiente altura sobre el nivel mximo de crecida para asegurar el derrame libre.

En la turbina Pelton actual, la energa cintica del agua, en forma de chorro libre, se genera en una tobera colocada al final de la tubera a presin. La tobera est provista de una aguja de cierre para regular el gasto, constituyendo en conjunto, el rgano de alimentacin y de regulacin de la turbina. Encuentra justa aplicacin la turbina Pelton, en aquellos aprovechamientos hidrulicos donde la ponderacin de la carga es importante respecto al caudal.

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La velocidad especifica es baja, entre 10 y 60 en el sistema mtrico y entre 2 y 12 en el sistema ingles aproximadamente, siendo preferibles valores centrales entre estos limites por razones del rendimiento, el cual es del orden del 90% y se conserva bastante bien a carga parcial. Entre las turbinas Pelton mas grandes instaladas hasta el momento se encuentran las de Mont- Cenis (Alpes franceses) de 272000 HP cada una, bajo 870 m de carga.

ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE TURBINAS PELTON:Una instalacin tpica de Turbinas Pelton consta de los siguientes elementos: 1-. Codo de entrada. 2-. Inyector: transforma la energa de presin en energa cintica. La velocidad del chorro a la salida del inyector en algunas instalaciones llega a 150 m/s y an ms consta de tobera y vlvula de aguja. 3-. Tobera. 4-. Vlvula de Aguja. 5-. Servomotor. 6-. Regulador. 7-. Mando del deflector. 8-. Deflector o pantalla deflectora. 9-. Corro. 10-. Rodete. 11-. labes o cucharas. 12-. Freno de la turbina. 13-. Blindaje. 14-. Destructor de energa. A continuacin se presenta un diagrama de una Turbina Pelton:

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5. EQUIPOS Y MATERIALES: Bomba hidrostal 40-200. Turbina Pelton. Dinammetro Varios pesos Vertedero Tacmetro Manmetro

6. PROCEDIMIENTO:

Se instala la Turbina Pelton con su inyector en el circuito de salida de la bomba.

Se instala el freno utilizando el dinammetro y un primer peso. Se enciende la bomba. Se mide la presin de inyeccin con un manmetro y el caudal, mediante la cuba.

Se mide el peso mediante el dinammetro. Con el tacmetro se toma la velocidad de rotacin de la polea. Se procede a aumentar el peso en el freno progresivamente y se va tomando los datos respectivos para cada peso.

Se

procesa

los

datos

obtenidos,

se

realizar

los

clculos

correspondientes para obtener las graficas de las curvas respectivas.

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7. CALCULOS Y/O RESULTADOS: Formulas a usar:

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Datos:

Tabla de datos obtenidos

de la polea del tacmetro T H2O H2O H2O Hu Hu Cd K COS 1

0,244m 0,046m 15.3C 9796.5 N/m3 998.95 Kg /m3 1.5 bar 15.3 mH2O 0,96 0,9 10 0,98480775

Ensayo N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Dinam. (Kg) 1,70 2,00 2,30 2,40 2,50 2,70 2,80 3,00 3,10 3,40

Peso (Kg) 0,1472 0,2917 0,3927 0,5295 0,6927 0,8124 0,932 1,0256 1,1626 1,3576

volante(RPM) 3700,0 3150,0 3050,0 3000,0 2950,0 2700,0 2600,0 2500,0 2300,0 2100,0

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ECUACIONES PARA EL CLCULO:a) POTENCIA DEL AGUA ( )

Donde:

b) POTENCIA EN EL RODETE (

)

Donde:

c) POTENCIA AL FRENO (BHP)

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Donde:

d) EFICIENCIA MECNICA

e) EFICIENCIA HIDRULICA

f) EFICIENCIA TOTAL

g) TRINGULO DE VELOCIDADES A LA ENTRADA Y VELOCIDAD DE EMBALAMIENTO

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CALCULOS:Caudal:

Q 1.416 h5/ 2 Q 1.416 0.065/ 2 0.00125m3 / sPOTENCIA AL AGUA:

HPa

Q Hu

76 9796.5 0.00125 4.4 HPa 76 HPa 0.707 HpPOTENCIA DEL RODETE:

Q g U (C1 U ) (1 K 1Cos 2 ) 746 0.00125 9.81 U (C1 U ) (1 K 1Cos 2 ) HPr 746 HPr Velocidad del chorro:

C1 Cd (2 g H u ) C1 0.98 (2 9.8115.3) 17.60m / sVelocidad tangencial:

U1 U1

D N60

0.24 N60

RPMs de la turbina:

Nturbina

Ntacometro 4.5 24

POTENCIA AL FRENO:

BHP

T 76

T FR

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Tabla de datos procesados

Nturbina U (m/s) C1 (m/s) (RPM) 56,56 0,711 16,99 53,02 0,666 9,10 51,26 0,644 9,10 44,19 0,555 9,10 35,35 0,444 9,10 33,58 0,422 9,10 30,05 0,378 9,10 28,28 0,355 9,10 21,21 0,267 9,10 19,44 0,244 9,10 N 56,56 53,02 51,26 44,19 35,35 33,58 30,05 28,28 21,21 19,44

F ( Kg ) 1,55 1,71 1,91 1,87 1,81 1,89 1,87 1,97 1,94 2,04

T ( Kg ) 0,186 0,205 0,229 0,224 0,217 0,227 0,224 0,237 0,232 0,245

HPr 0,184893 0,174255 0,168890 0,147125 0,119229 0,113559 0,102125 0,096362 0,073006 0,067091

BHP 0,1387 0,1430 0,1544 0,1305 0,1009 0,1001 0,0886 0,0882 0,0649 0,0627 t 0,195 0,201 0,217 0,184 0,142 0,141 0,125 0,124 0,091 0,088

T (N) 1,83 2,01 2,25 2,20 2,13 2,22 2,20 2,32 2,28 2,40

m 0,7500 0,8207 0,9139 0,8870 0,8460 0,8814 0,8678 0,9149 0,8887 0,9345

h 0,260413 0,245430 0,237874 0,207218 0,167929 0,159942 0,143838 0,135722 0,102826 0,094494

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GRAFICAS

Potencia al freno VS RPM0.1800 0.1600 0.1400 0.1200 0.1000 0.0800 0.0600 0.0400 0.0200 0.0000 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00

BHP

RPM60.00

0.200000 0.180000 0.160000 0.140000 0.120000 0.100000 0.080000 0.060000 0.040000 0.020000 0.000000

HPr

Potencia en el rodete VS RPM

RPM0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00

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T(N)3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0.00 10.00

Torque VS RPM

RPM20.00 30.00 40.00 50.00 60.00

nm1.0000 0.9000 0.8000 0.7000 0.6000 0.5000 0.4000 0.3000 0.2000 0.1000 0.0000 0.00

Eficiencia mecanica VS RPM

RPM10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00

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100.00 90.00 80.00 n hidrulica (%) 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00

Eficiencia Hidraulica VS RPM

500

100

200

300

400

600

700

800

900

RPM

nt0.250 0.200 0.150 0.100 0.050

Eficiencia Total VS RPM

RPM0.000 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00

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1000

0

8. CONCLUSIONES:

En este

ensayo se logro obtener las curvas de manera

no muy

claras y definidas, pues al contar con pocos valores en los datos.

Observando la curva de eficiencia mecnica, se nota algunos datos dispersados del resto, esto es probablemente debido a que el rozamiento entre la cuerda y la polea no era muy constante.

La eficiencia hidrulica logro mayores valores debido a que se entrego un caudal relativamente potente, capaza de generar altas eficiencias.

En las curva de eficiencia, se nota claramente que es mayor en todos los casos en un rango de 50 a 60 RPM lo que nos indica que lo mas optimo es hacer trabajar, en este caso a la turbina en ese rango.

La potencia mxima obtenida en el ensayo nos entrega un valor relativamente menor al de la potencia del motor dela bomba, debido a las perdidas esta potencia se reduce.

Si el ngulo 2 aumenta, la eficiencia Hidrulica baja mientras que la mecnica sube; si este ngulo baja el comportamiento es inverso al mencionado, este ngulo depende de la posicin del inyector.

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9. RECOMENDACIONES: Trabajando con caudales altos obtiene eficiencias optimas. Segn el tipo y tamao de una turbina, se debe realizar previamente los clculos de los requerimientos para obtener un buen desempeo de esta. Si se realiza una mala instalacin de una turbina generar mayores perdidas que beneficios, es por eso que se debe tener en cuenta todos los parmetros necesarios para obtener un buen desempeo. El ensayo se debi realizar con mayores datos para obtener una mejor performance de las curvas. Al utilizar una turbina no necesariamente se debe trabajar a la mxima eficiencia, sino tambin es necesario tener en cuenta la vida til de esta, por lo que seria necesario realizar un anlisis adicional del desgaste que ocurren en los laves segn el caudal entregado. Se debe controlar el ngulo de ingreso y el ngulo de salida pues ambos juegan un papel muy importante al momento que se desee obtener el desempeo de una turbina.

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10. ANEXOS

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