turbina pelton

INGENIERÍA EN MAQUINARIA Y VEHÍCULOS AUTOMOTRICES

II. MARCO TEÓRICO.

2.1 ENERGÍA.

La energía es una propiedad de la materia que representa la capacidad

para realizar un trabajo o producir transformaciones. Todo cuerpo material que

pasa de un estado a otro produce fenómenos físicos que no son otra cosa que

manifestaciones de esta propiedad, por lo tanto, puede presentarse en

diversas formas y transformarse desde un estado energético a otro

Las fuentes de energía son los recursos existentes en la naturaleza a

partir de las cuales la humanidad puede obtener energía utilizable en sus

actividades. El origen de casi todos los tipos de energía es el sol.

Todo lo que vemos a nuestro alrededor se mueve o funciona debido a

algún tipo o fuente de energía, lo cual nos demuestra que la energía hace que

las cosas sucedan.

Si es de día, el Sol nos entrega energía en forma de luz y de calor. Si es

de noche, los focos usan energía eléctrica para iluminar. Si ves pasar un auto,

piensa que se mueve gracias a la gasolina, un tipo de energía almacenada.

Nuestros cuerpos comen alimentos, que tienen energía almacenada. Usamos

esa energía para jugar, estudiar... para vivir.

Desde una perspectiva científica, podemos entender la vida como una

compleja serie de transacciones energéticas, en las cuales la energía es

transformada de una forma a otra, o transferida de un objeto hacia otro.

Pensemos, por ejemplo, en un duraznero. El árbol absorbe luz —energía—

de la radiación solar, convirtiendo la energía luminosa en energía potencial

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química almacenada en enlaces químicos. Luego utiliza esta energía para

producir hojas, ramas y frutos. Cuando un durazno, "lleno" de energía potencial

química, se cae del árbol al suelo, su energía de posición (almacenada como

energía potencial gravitacional) se transforma en energía cinética, la energía

del movimiento, a medida que cae. Cuando el durazno golpea el suelo, la

energía cinética se transforma en calor (energía calórica) y sonido (energía

acústica). Cuando alguien se come el durazno, ese organismo transforma su

energía química almacenada en el movimiento de unos músculos (entre otras

cosas)...

Con las máquinas y las fuentes energéticas sucede lo mismo. El motor de

un auto, por ejemplo, transforma la gasolina (que contiene energía química

almacenada hace mucho tiempo por seres vivos) en calor. Luego transforma

ese calor en, por ejemplo, energía cinética.

2.1.1 Fuentes energéticas

En la naturaleza existen diversas fuentes de energía; esto es, elementos o

medios capaces de producir algún tipo de energía.

Como fuentes, capaces de producir algún tipo de energía, tenemos

algunas que se presentan como agotables o no renovables: el carbón, el

petróleo, el gas natural, la fuerza interna de la tierra (fuente geotérmica de

energía), los núcleos atómicos (fuente nuclear de energía).

Hay otras fuentes capaces de producir energía y que se presentan como

inagotables o renovables: ríos y olas (fuente hidráulica de energía), el sol

(fuente solar de energía), el viento (fuente eólica de energía.), las mareas

(fuente mareomotriz de energía), la biomasa (fuente orgánica de energía).

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Cualquiera de estas fuentes es capaz de producir alguno de los diferentes

tipos o formas de energía que se conocen.

Tipos o formas de energía:

Tipos o formas de energía

Energía mecánica.

Energía calórica o térmica

Energía química.

Energía radiante o lumínica

Energía eléctrica o electricidad.

Energía nuclear.

Energía magnética

Energía metabólica.

Energía hidráulica.

Así, se habla comúnmente de energía hidráulica o hidroeléctrica para

referirse a la energía eléctrica que proviene de una fuente hídrica (ríos,

embalses y, eventualmente, olas), que son tales debido a la energía mecánica

almacenada en las aguas, las cuales al moverse o caer transforman su propia

energía potencial en energía cinética.

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La energía mecánica es la empleada para hacer mover a otro cuerpo. Ésta

se divide a su vez en dos energías: la energía potencial (es la que poseen los

cuerpos debido a la posición en que se encuentran, es decir un cuerpo en

altura tiene más energía potencial que un cuerpo en la superficie del suelo) y

energía cinética (es la que poseen los cuerpos debido a su velocidad).

Un tipo de energía potencial muy conocido es el de la energía potencial

hidráulica que es la 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.

En esta categoría podría incluirse también la energía del mar, que se puede

obtener del movimiento de sus aguas, ya sea como olas o como mareas.

Energía calórica o térmica: es la que se trasmite entre dos cuerpos que se

encuentran a diferente temperatura. El calor es la vibración de moléculas de un

cuerpo. La vibración es movimiento. Unos de los fines para que se utiliza la

energía calórica es para causar movimiento de diversas máquinas.

El calor es energía en tránsito, que se hace evidente cuando un cuerpo

cede calor a otro para igualar las temperaturas de ambos. En este sentido, los

cuerpos ceden o ganan calor, pero no lo poseen.

Todo el calor proviene directa o indirectamente del sol.

Cuando se aprovecha directamente este calor a través de ingeniosos

aparatos que lo almacenan y transforman en algún tipo de trabajo, se habla de

energía solar.

Los procesos físicos por los que se produce la transferencia de calor son

la conducción, la radiación y la convección. La conducción requiere contacto

físico entre los cuerpos —o las partes de un cuerpo— que intercambian calor,

pero en la radiación no hace falta que los cuerpos estén en contacto ni que

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haya materia entre ellos. La convección se produce a través del movimiento de

un líquido o un gas en contacto con un cuerpo de temperatura diferente.

La energía química es la que generan los alimentos y los combustibles, o,

más exactamente, la contenida en las moléculas químicas y que se desarrolla

en una reacción química. Conocemos el resultado del alimento en nuestro

cuerpo: desarrollamos energía para realizar diferentes trabajos. La energía

procedente del carbón, de la madera, del petróleo y del gas en combustión,

hace funcionar motores y proporciona calefacción.

La energía radiante o lumínica es aquella que más frecuentemente vemos

en forma de luz y que nos permite ver las cosas alrededor de nosotros. Se

propaga en todas las direcciones, se puede reflejar en objetos y puede pasar

de un material a otro.

La luz proviene de los cuerpos llamados fuentes o emisores. Llena el

Universo, emitida por el Sol y por todas las estrellas que son fuentes luminosas

naturales (igual como lo son el fuego y algunos insectos como las luciérnagas).

Sobre la Tierra, las plantas verdes se mantienen vivas gracias a la energía

radiante del Sol, e incluso la vida de los animales —entre ellos el hombre—

depende de esta energía. Además de la luz, las ondas de radio, los rayos X,

los rayos ultravioleta, son formas de energía radiante invisibles, utilizadas por

el hombre.

Existen también fuentes luminosas artificiales (las ampolletas, los tubos

fluorescentes y las linternas).

El hombre ha ideado diferentes formas para utilizar la energía luminosa

que proviene del sol. Algunas de ellas son los colectores solares y espejos

curvos especiales, que se utilizan en calefacción y para generar energía

eléctrica. La energía solar tiene la ventaja de no contaminar.

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Energía eléctrica (o electricidad) es la que se produce por el movimiento

de electrones a través de un conductor. Se divide a su vez en energía

magnética (energía de los imanes), estática y corriente eléctrica.

La electricidad es una forma de energía que se puede trasmitir de un

punto a otro. Todos los cuerpos presentan esta característica, propia de las

partículas que lo forman, pero algunos la transmiten mejor que otros.

Los cuerpos, según su capacidad de trasmitir la electricidad, se clasifican

en conductores y aisladores.

Conductores son aquellos que dejan pasar la electricidad a través de

ellos. Por ejemplo, los metales.

Aisladores son los que no permiten el paso de la corriente eléctrica.

Centrales eléctricas son instalaciones que transforman en energía

eléctrica, la energía mecánica que produce una caída de agua (centrales

hidroeléctricas), o energía calórica o térmica, que se produce por la

combustión de carbón o gas natural (centrales termoeléctricas).

La energía nuclear o atómica es la que procede del núcleo del átomo, la

más poderosa conocida hasta el momento. Se le llama también energía

atómica, aunque este término en la actualidad es considerado incorrecto. Esta

energía se obtiene de la transformación de la masa de los átomos de uranio, o

de otros metales pesados.

Aunque la energía nuclear es la descubierta más recientemente por el

hombre, en realidad es la más antigua: la luz del Sol y demás estrellas,

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proviene de la energía nuclear desarrollada al convertirse el hidrógeno en

helio.

Energía magnética es aquella que está en los imanes y se produce

porque los imanes están cargados con cargas de electrones, generalmente

positivas. Esto hace que si uno acerca algún cuerpo de metal que sea dador de

electrones al imán, el primero seda el electrón y quede cargado con una carga

opuesta al imán lo que implica la atracción de los cuerpos.

Hoy se conoce la naturaleza del magnetismo y es posible fabricar potentes

imanes de distintos tamaños utilizando el acero. Los mejores están hechos de

aleaciones de acero especialmente ideadas para mantener las propiedades

magnéticas.

Energía metabólica es aquella generada por los organismos vivos gracias

a procesos químicos de oxidación como producto de los alimentos que

ingieren.

2.1.2 Energía hidráulica.

Se denomina energía hidráulica, energía hídrica o hidroenergía a aquella

que se obtiene del aprovechamiento de las energías cinética y potencial de la

corriente del agua, saltos de agua o mareas. Es un tipo de energía verde

cuando su impacto ambiental es mínimo y usa la fuerza hídrica sin represarla;

en caso contrario, es considerada solo una forma de energía renovable.

Se puede transformar a muy diferentes escalas. Existen, desde hace

siglos, pequeñas explotaciones en las que la corriente de un río, con una

pequeña presa, mueve una rueda de palas y genera un movimiento aplicado,

por ejemplo, en molinos rurales. Sin embargo, la utilización más significativa la

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constituyen las centrales hidroeléctricas de presas, aunque estas no son

consideradas formas de energía verde, por el alto impacto ambiental que

producen.

2.1.3 Obtención de energía hidráulica.

Dichas características hacen que sea significativa en regiones donde

existe una combinación adecuada de lluvias, desniveles geológicos y orografía

favorable para la construcción de represas. La energía hidráulica se obtiene a

partir de la energía potencial y cinética de las masas de agua que transportan

los ríos, provenientes de la lluvia y del deshielo. El agua en su caída entre dos

niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica la cual trasmite la

energía a un alternador el cual la convierte en energía eléctrica.

Otro sistema que se emplea es conducir el agua de un arroyo con gran

desnivel, por una tubería cerrada, en cuya base hay una turbina. El agua se

recoge en una presa pequeña y la diferencia de altura proporciona la energía

potencial necesaria.

Otro más consiste en hacer en el río una presa pequeña y desviar parte

del caudal por un canal con menor pendiente que el río, de modo que unos

kilómetros más adelante habrá ganado una cierta diferencia de nivel con el

cauce y se hace caer el agua a él por una tubería, con una turbina

Ventajas:

Se trata de una energía renovable de alto rendimiento energético.

Debido al ciclo del agua su disponibilidad es inagotable.

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Es una energía totalmente limpia, no emite gases, no produce emisiones tóxicas,

y no causa ningún tipo de lluvia ácida y, desde este punto de vista, es ecológica.

Además, los embalses que se construyen para generar energía hidráulica:

Permiten el almacenamiento de agua para abastecer fácilmente a actividades

recreativas o sistemas de riego.

Pueden regular el caudal del río evitando posibles riesgos de inundación en caso

de crecida anormal.

Desventajas:

La construcción de grandes embalses puede inundar importantes extensiones de

terreno, obviamente en función de la topografía del terreno aguas arriba de la

presa, lo que podría significar pérdida de tierras fértiles, dependiendo del lugar

donde se construyan;

En el pasado se han construido embalses que han inundado pueblos enteros.

Con el crecimiento de la conciencia ambiental, estos hechos son actualmente

menos frecuentes, pero aún persisten.

Destrucción de la naturaleza. Presas y embalses pueden ser destructivas a los

ecosistemas acuáticos. Por ejemplo, estudios han mostrado que las presas en

las costas de Norteamérica han reducido las poblaciones de trucha septentrional

común que necesitan migrar a ciertos lugares para reproducirse. Hay bastantes

estudios buscando soluciones a este tipo de problema. Un ejemplo es la

invención de un tipo de escalera para los peces

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Cambia los ecosistemas en el río aguas abajo. El agua que sale de las turbinas

no tiene prácticamente sedimento. Esto puede dar como resultado la erosión de

los márgenes de los ríos.

Cuando las turbinas se abren y cierran repetidas veces, el caudal del río se

puede modificar drásticamente causando una dramática alteración en los

ecosistemas.

2.1.4 Energías renovables: Denominación.

Son denominadas fuentes de energías renovables o alternativas aquellas

que se regeneran naturalmente y en su concepción traen implícita la idea de

ser “no contaminantes”. Estas fuentes de energía se pueden volver fuentes no

renovables si la velocidad de explotación supera su capacidad de

regeneración.

Algunas fuentes de este tipo son:

Bioenergética

Solar

Eólica

Hidráulica

Geotérmica

Marítima

2.1.5 Energía y Recurso marítimo

El agua cubre más del 70 por ciento de la superficie total del planeta,

destacando los océanos Pacífico, Atlántico, Índico y Ártico. El océano Pacífico

es el más grande y profundo, seguido del océano Atlántico, el cual presenta

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mares adyacentes, entre los cuales se encuentran los mares Mediterráneo,

Báltico, Ártico, del Caribe y del golfo de México

La energía cinética del océano ha intrigado a la humanidad durante

milenios. El movimiento de las olas y las mareas siguen siendo hoy en día un

alucinante problema de investigación. En cuanto a la energía térmica, sólo los

vientos generados por los océanos han sido aprovechados y todo el potencial

térmico presente en el recurso marino es aún difícil de alcanzar al igual que el

potencial de las olas y las mareas.

Las fuentes de energía renovable están recibiendo un interés cada vez

mayor como una alternativa a los combustibles fósiles, siendo las energías

eólica y solar las que se han llevado la mayor atención. Su utilización directa

está limitada por su disponibilidad intermitente y su intensidad variable.

Grandes medios de almacenamiento son necesarios para un uso ininterrumpido

y constante de la energía del sol, siendo el océano el sistema recolector y

almacenador más grande del mundo. En un día promedio, 60 millones de

kilómetros cuadrados de mares tropicales absorben un monto de radiación

solar equivalente en contenido calórico a 245 billones de barriles de petróleo.

Si un 0,1% de esta energía almacenada fuera convertida en energía eléctrica,

ésta podría abastecer el equivalente a 20 veces el consumo de energía de

Estados Unidos.

2.1.6 Saltos de agua

Un salto de agua es la caída abrupta de cualquier afluente sobre un lecho

de tierra. Cuando el salto es grande, se dice que estamos frente a una

catarata. Estas constituyen rápidos de ríos muy caudalosos. Sin embargo,

existen saltos de magnitudes gigantescas que han sido llamados cascadas.

Estas se emplean frecuentemente como fuentes hidroeléctricas.

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Los saltos se forman de distintas maneras. Una de ellas se produce

cuando una capa rocosa resistente que yace sobre el lecho de un río recibe

erosiones frecuentes. Estas gradualmente acaban por socavar y desgajar la

cubierta de piedra. De este modo, se formaron cataratas tan famosas en el

mundo como las Cataratas del Niágara, en América del Norte, y las Cataratas

de Victoria, en África.

En las regiones montañosas los saltos de agua se forman donde los

glaciares han abierto valles colgantes erosionados por arroyos. La corriente de

estos afluentes descarga sus aguas en la arteria principal a través de rápidos o

cascadas. Este tipo de valle también se desarrolla cuando un río aumenta su

cauce más rápido que sus subafluentes. Tales saltos se consideran de los más

grandes del mundo; entre ellos se encuentran las cataratas del Parque

Nacional Yosemite, en Norteamérica.

Otros saltos se originan cuando se abre una falla en una cordillera o parte

de ella, por donde la corriente de agua desciende en picada. La erosión

incesante de los bordes del lecho rocoso desplaza el salto a contracorriente.

Por lo general, este tipo de cascada disminuye su tamaño y tiende a

convertirse en un rápido y luego a desaparecer.

.

2.2 SISTEMA DE GENERACION DE ENERGIA

2.2.1 Micro generación

En primer lugar es importante situarse en el contexto del proyecto, esto

corresponde a la micro generación. Como se ha mencionado antes, el estudio

de la generación hidráulica ha privilegiado la macro generación, siendo la

mayor cantidad de libros e investigaciones dedicadas agrandes potencias.

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La micro generación se define para potencias entre 10 y 500 [kW].

La figura muestra la relación entre el rendimiento y el porcentaje del caudal de

diseño, para distintos tipos de turbinas.

Como se observa en la figura la turbina Pelton presentan un alto

rendimiento en condiciones desfavorables, esto es para caudales

significativamente menores que el caudal de diseño.

Para el caso de la micro generación, el rendimiento de las turbinas va

entre 60% y 80%.

Es importante destacar que las turbinas Pelton tienen una alta eficiencia

para caudales menores, lo que agrega una característica favorable para el

proyecto. Debido a que este tipo de recurso se repite a lo largo de Chile.

En cuanto al tema de costos, las turbinas para micro generación se hacen

más interesantes para casos de gran altura, ya que no se requiere de un gran

caudal y la relación costo potencia se hace favorable. El problema es que en el

mundo existe una gran cantidad de pequeñas caídas, que no son

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FIGURA II, N°1 RENDIMIENTO A DISTINTAS PROPORCIONES DE CAUDAL


aprovechadas porque no se le puede comparar en términos de costos con la

generación por medio de diésel. En la siguiente figura se muestra la relación

precio en dólares versus la generación en kW.

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Las turbinas Pelton y de flujo cruzado se han convertido en las turbinas más utilizadas

para la generación en pequeñas localidades, esto se debe a:

Mejor tolerancia a las partículas que pueda traer el flujo.

Un fácil acceso a las turbina.

Sin sellos de presión alrededor del eje.

Fácil de fabricar y mantener.

Buena eficiencia a distintas ponderaciones del caudal.

Finalmente las principales ventajas de la generación micro hidráulica:

Es mucho más concentrada que la energía solar o eólica.

La generación de energía es continua.

No se requiere de un combustible, sólo mantenciones temporales.

Tiene una larga vida útil

Tiene un bajo impacto ambiental

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FIGURAII, N°2 RELACION DE COSTOS PARA PEQUEÑOS PROYECTOS

HIDROELECTRICOS.


2.2.2 Turbina de acción

Las turbinas de acción se caracterizan por tener un grado de reacción nulo. En

estas turbinas es donde la transformación de la energía potencial en energía cinética se

realiza en los órganos fijos anteriores al rodete, ya sea inyectores o toberas. Por lo

tanto el rodete sólo recibe energía cinética, además la presión de entrada y de salida de

los álabes es la misma y corresponde a la presión atmosférica. Las principales turbinas

de acción conocidas son la turbina Pelton y Turgo.

2.2.3 Turbina de reacción

Las turbinas de reacción son de admisión total, es decir, el fluido entra al rodete por

toda la periferia, a diferencia de lo que ocurría con las turbinas Pelton. Están

constituidas por la tubería forzada, la cámara espiral, el distribuidor, el rodete y el tubo

de aspiración o descarga. En este grupo, se encuentran varios tipos de turbinas: las

turbinas Francis, que son radiales o mixtas, y las turbinas Hélice, Kaplan y Bulbo, todas

ellas axiales.

2.2.4 Turbinas.

Turbina Kaplan: son turbinas axiales, que tienen la particularidad de poder variar el

ángulo de sus palas durante su funcionamiento. Están diseñadas para trabajar con

saltos de agua pequeños y con grandes caudales.(Turbina de reacción)

Turbina Hélice: son exactamente iguales a las turbinas Kaplan, pero a diferencia de

estas, no son capaces de variar el ángulo de sus palas.

Turbina Pelton: Son turbinas de flujo transversal, y de admisión parcial.

Directamente de la evolución de los antiguos molinos de agua, y en vez de contar con

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álabes o palas se dice que tiene cucharas. Están diseñadas para trabajar con saltos de

agua muy grandes, pero con caudales pequeños.(Turbina de acción)

Turbina Francis: Son turbinas de flujo mixto y de reacción. Existen algunos diseños

complejos que son capaces de variar el ángulo de sus álabes durante su

funcionamiento. Están diseñadas para trabajar con saltos de agua medios y caudal

medios.

Turbina Ossberger / Banki / Michell: La turbina OSSBERGER es una turbina de libre

desviación, de admisión radial y parcial. Debido a su número específico de revoluciones

cuenta entre las turbinas de régimen lento. El distribuidor imprime al chorro de agua una

sección rectangular, y éste circula por la corona de paletas del rodete en forma de

cilindro, primero desde fuera hacia dentro y, a continuación, después de haber pasado

por el interior del rodete, desde dentro hacia fuera.

2.2.5 Turbina Pelton

Lester Allan Pelton (Vermilion, Ohio, 5 de septiembre de 1829 – Oakland,

California, 14 de marzo de 1908) fue uno de los más importantes inventores de finales

del siglo XIX y principios del siglo XX. Vivió la gran fiebre del oro de California, en 1850

al comenzar la explotación de los filones de Comstock y otras minas de oro y plata en

Nevada. Fabricó con sus propios medios instrumentos que facilitaban el trabajo de

explotación de oro. En 2006 fue incluido en el National Inventors Hall of Fame.

Participó en un concurso de la Universidad de California de ruedas hidráulicas

donde obtuvo el primer puesto. Sus estudios se orientaron hacia saltos de agua

relativamente elevados, llegando al tipo de rueda de cangilones, con acción e inyección

parcial por tobera que lleva su nombre, la turbina Pelton.

Su invento básicamente se originó debido al gran inconveniente que presentaba el

movimiento de su trituradora mineral al carecer de carbón para tal propósito, por lo que

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tuvo que idearse una rueda hidráulica que transformara en energía eléctrica la fuerza

hidráulica de un salto de agua cercano a su mina. Este fue el primer método práctico

para obtener fuerza hidráulica en Norteamérica.

Se conocen como turbinas de presión por ser ésta constante en la zona del rodete,

de chorro libre, de impulsión, o de admisión parcial por ser atacada por el agua sólo una

parte de la periferia del rodete. Así mismo entran en la clasificación de turbinas

tangenciales y turbinas de acción.

Su utilización es idónea en saltos de gran altura (alrededor de 200 m y mayores), y

caudales relativamente pequeños (hasta 10 m3/s aproximadamente).

Por razones hidroneumáticas, y por sencillez de construcción, son de buen

rendimiento para amplios márgenes de caudal (entre 30 % y 100 % del caudal máximo).

Por ello se colocan pocas unidades en cada central que requiere turbinas de estas

características.

Pueden ser instaladas con el eje en posición vertical u horizontal, siendo esta

última disposición la más

adecuada, la cual nos servirá de

referencia para hacer las

descripciones

necesarias.

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2.2.6 Funcionamiento turbina Pelton

La energía potencial gravitatoria del agua embalsada, o energía de presión hasta

los orificios de las toberas, se convierte, prácticamente sin pérdidas, en energía

cinética, al salir el agua a través de dichos orificios en forma de chorros libres, a una

velocidad que corresponde a toda la altura del salto útil, estando referida ésta, para el

caso concreto de las turbinas Pelton, al centro de los chorros considerados

Se dispone de la máxima energía cinética en el momento en que el agua incide

tangencialmente sobre el rodete, empujando a los cangilones que lo forman,

obteniéndose el trabajo mecánico deseado.

Las formas cóncavas de los cangilones hacen cambiar la dirección del chorro de

agua, saliendo éste, ya sin energía apreciable, por los bordes laterales, sin ninguna

incidencia posterior sobre los cangilones sucesivos. De este modo, el chorro de agua

transmite su energía cinética al rodete, donde queda transformada instantáneamente en

energía mecánica.

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La válvula de aguja, gobernada por el regulador de velocidad, cierra más o menos

el orificio de salida de la tobera, consiguiendo modificar el caudal de agua que fluye por

ésta, al objeto de mantener constante la velocidad del rodete, evitándose embalamiento

o reducción del número de revoluciones del mismo, por disminución o aumento

respectivamente de la carga solicitada al generador.

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FIGURAII, N°4 TURBINA PELTON Y SUS COMPONENTES


2.2.7 Partes de una turbina Pelton

Distribuidor de una turbina Pelton: Está constituido por uno o varios equipos de

inyección de agua. Tiene como misión dirigir, convenientemente, un chorro de

agua.

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.

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.

Aguja: 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

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.

Rodete: 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.

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FIGURAII, N°5 RODETE DE LA TURBINA PELTON


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.

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.

Carcasa: Es la envoltura metálica que cubre los inyectores, rodete y otros

elementos mecánicos de la turbina.

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

Cámara de descarga de una turbina Pelton: 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.

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2.3 MEDICION DE TORQUE

2.3.1 Torque

Cuando se aplica una fuerza en algún punto de un cuerpo rígido, dicho cuerpo

tiende a realizar un movimiento de rotación en torno a algún eje x.

La puerta gira cuando se aplica una fuerza sobre ella; es una fuerza de torque o

momento.

Ahora bien, la propiedad de la fuerza aplicada para hacer girar al cuerpo se mide

con una magnitud física que llamamos torque o momentode la fuerza.

Entonces, se llama torque o momento de una fuerza a la capacidad de dicha fuerza

para producir un giro o rotación alrededor de un punto.

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En el caso específico de una fuerza que produce un giro o una rotación, muchos

prefieren usar el nombre torque y no momento, porque este último lo emplean para

referirse al momento lineal de una fuerza.

Para explicar gráficamente el concepto de torque, cuando se gira algo, tal como

una puerta, se está aplicando una fuerza rotacional. Esa fuerza rotacional es la que se

denomina torque o momento.

Cuando empujas una puerta, ésta gira alrededor de las bisagras. Pero en el giro de

la puerta vemos que intervienen tanto la intensidad de la fuerza como su distancia de

aplicación respecto a la línea de las bisagras.

Entonces, considerando estos dos elementos, intensidad de la fuerza y distancia

de aplicación desde su eje, el momento de una fuerza es, matemáticamente, igual al

producto de la intensidad de la fuerza (módulo) por la distancia desde el punto de

aplicación de la fuerza hasta el eje de giro.

Expresada como ecuación, la fórmula es

M = F • d2.3.2 Freno Prony

El freno de Prony es un dispositivo simple inventado por Gaspard de Prony para

medir el par de torsión producido por un motor. El término "caballos de fuerza de freno"

es una medida de la potencia derivada de este método de medición de par.

Esencialmente, la medición se realiza envolviendo un cordón o correa alrededor del

eje de salida del motor y la medición de la fuerza transferida a la correa a través de la

fricción. La fricción se incrementa apretando el cinturón hasta que se reduzca la

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frecuencia de rotación del eje. En la práctica más potencia del motor a continuación, se

puede aplicar hasta que se alcanza el límite del motor.

En su forma más simple un motor está conectado a un tambor giratorio por medio

de un eje de salida. Una fricción de la banda se envuelve alrededor de la mitad de la

circunferencia del tambor y cada extremo unido a una balanza de resorte separado. Un

importante pre-carga se aplica a los extremos de la banda, de modo que cada balanza

de resorte tiene una lectura inicial e idénticos. Cuando el motor está en marcha, la

fuerza de fricción entre el tambor y la banda aumentará la lectura de la fuerza en un

equilibrio y disminuir en el otro. La diferencia entre las dos lecturas multiplicado por el

radio del tambor arrastrado es igual al par. Si la velocidad del motor se mide con un

tacómetro, la potencia de frenado se calcula fácilmente.

Un mecanismo alternativo es para sujetar una palanca para la medida del eje y el

uso de un único equilibrio. El par de torsión se relaciona entonces con la longitud de la

palanca, el diámetro del eje y la fuerza medida.

El dispositivo se utiliza por lo general en un rango de velocidades del motor para

obtener curvas de potencia y par motor para el motor, ya que existe una relación no

lineal entre el par y la velocidad del motor para la mayoría de los tipos de motores.

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FIGURA II, N°7 FRENO PRONY

turbina pelton

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