turbina pelton
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Analisis energetico de una turbina peltonTRANSCRIPT
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CLCULO Y DISEO DE UNA TURBINA PELTON
Introduccin:
En la actualidad es imposible imaginar la vida sin energa elctrica, estamos tan
acostumbrados a encender y apagar el interruptor de la luz y otros aparatos que muy rara
vez nos ponemos a pensar de donde viene esta electricidad; pues bien, un tipo de centrales
generadoras son las HIDROELCTRICAS, stas son plantas encargadas de convertir la energa
del agua en energa elctrica, pero ms especficamente, la TURBINA es la encargada de
transformar esa energa hidrulica en energa mecnica, para posteriormente convertirla en
energa elctrica con un generador. Como deca La turbina es el alma de una central
hidroelctrica y dependiendo de la turbina que se use es la cantidad de electricidad que se
produzca. En este captulo hablaremos de las turbinas de impulso, y especficamente de la
turbina PELTON.
El presente proyecto trata de los clculos que se deben seguir para poder fabricar una
turbina Pelton, se dieron a conocer por el profesor las siguientes caractersticas para su
elaboracin mediante el clculo.
Altura =1400 m
Caudal = 1m3/s
Velocidad de rotacin = 1200 rpm
Objetivos:
- Desarrollar el clculo para la turbina Pelton con los datos dados anteriormente
utilizando todos los conocimientos obtenidos en el desarrollo del curso
- Utilizando el programa de solidwork, elaborar el diseo de la turbina con los datos
de los clculos obtenidos.
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TURBINA PELTON
FUNCIONAMIENTO
Las turbinas Pelton son turbinas de chorro libre que se acomodan a la utilizacin de saltos
de agua con mucho desnivel y caudales relativamente pequeos, con mrgenes de empleo
entre 60 y 1500 metros, consiguindose rendimientos mximos del orden del 90%.
CAZOLETAS
En una rueda Pelton la direccin del chorro no es ni axial ni radial, sino tangencial; el
elemento constructivo ms importante es la cazoleta en forma de doble cuchara, que recibe
el chorro exactamente en su arista media donde se divide en dos, circulando por su cavidad
y recorriendo hasta la salida casi un ngulo de 180, contrarrestndose as los empujes
axiales por cambio de direccin de los dos chorros.
El agua una vez sale de la cazoleta, cae libremente una cierta altura, pasando al cauce
inferior.
INYECTOR
El inyector es el rgano regulador del caudal del chorro; consta de una vlvula de aguja cuya
carrera determina el grado de apertura del mismo; para poder asegurar el cierre, el
dimetro mximo de la aguja tiene que ser superior al de salida del chorro cuyo dimetro d
se mide en la seccin contrada, situada aguas abajo de la salida del inyector y en donde se
puede considerar que la presin exterior es igual a la atmosfrica.
El chorro est constituido por un ncleo central convergente de agua y una seccin anular
creciente que contiene una emulsin de agua y aire.
Con el fin de asegurar una buena regulacin, conviene disear el inyector de forma que
exista una proporcionalidad entre la potencia de la turbina y la carrera x de la aguja, por
cuanto la potencia es proporcional al caudal y ste, a su vez, a la seccin de paso normal al
flujo. La variacin del caudal del chorro para regular la potencia se consigue mediante una
aguja de forma especial, con cuyo accionamiento se puede estrangular la seccin de salida
de la boquilla; su regulacin puede ser manual o automtica mediante un servomotor.
Tiene adems otro sistema de regulacin por desviacin del chorro, que consiste en una
superficie metlica llamada deflector, que se introduce en medio del chorro, dividindolo y
desviando una parte del mismo, de forma que en vez de dirigirse contra las cazoletas, sale
lateralmente sin producir ningn efecto til.
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De esta forma se evitan sobrepresiones en la tubera, por cuanto el caudal que circula por
sta continua siendo el mismo.
Cuando se dispone de un solo inyector, el rodete tiene el eje de giro horizontal y el eje de
salida del chorro es tangente horizontal, inferior a la circunferencia del rodete, cuyo
dimetro se denomina dimetro Pelton, cayendo el agua a la salida de las cucharas al fondo
de la turbina, sin interferir el giro de la rueda.
Cuando el nmero de inyectores es dos, la turbina puede ser tambin de eje horizontal,
disponindose los chorros segn dos tangentes inferiores a la circunferencia Pelton,
inclinadas un mismo ngulo @ 30, saliendo el agua de las cucharas sin interferir a la rueda.
Para un nmero superior de inyectores, la rueda Pelton es de eje vertical ya que de ser
horizontal, sera imposible evitar que el agua cayera sobre la rueda a la salida de las
cucharas. Un chorro bien diseado no debe tener un dimetro d superior a 27 cm, por lo
que para establecer el nmero de inyectores hay que partir de la condicin de que su
dimetro no sea superior a este lmite, teniendo en cuenta a su vez, el lmite superior
impuesto por la velocidad especfica por chorro, en funcin del salto.
El hecho de sustituir un nmero de inyectores de unas dimensiones determinadas, por un
mayor nmero de inyectores de dimensiones ms pequeas, permite construir turbinas de
mayor dimetro, girando a una velocidad mayor; sin embargo no se deben sobrepasar
ciertos lmites impuestos por la necesidad de evacuar el agua convenientemente, as como
la fatiga del material de las cucharas sometidas a esfuerzos repetidos, tanto ms frecuentes
cuanto mayor sea el nmero de chorros.
REGULACIN
Para mantener constante la velocidad de la turbina, el caudal inyectado tiene que adaptarse
en cada instante al valor de la carga, por lo que la posicin del inyector tiene que ajustarse
mediante un regulador que acta segn la velocidad de la turbina y en el caso ms general,
en forma automtica.
Si se supone que la turbina se ha acelerado, el regulador 7 levantar la vlvula 1 y el aceite
a presin entrar en el cilindro grande haciendo bajar el mbolo 8, con lo que la palanca 2
bajar y el deflector 6 cortar al chorro desviando una parte del mismo.
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ESQUEMAS
Fig.01 Inyector
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FRMULAS PARA CALCULAR TURBINA PELTON
1. CLCULO DE Ni:
=. . .
75
2. CLCULO DE (ns)i:
() =()
12
5
4
3. CLCULO DEL N DE CHORROS z:
() = 576 . ()1
2 . ()1
2 . . (
)
=0.44 0.46
=0.87 0.98
=0.86 0.89
=
=1
=21
= 2. .
= .
2 = (
2 .
60) . (
2)
< 0.1
4. CLCULO DEL DIAMETRO DEL CHORRO d:
= 4
.
.
1
2
=
0.09
-
5. CLCULO DEL N DE CUCHARAS: Ncu
1er)
= 12 + 0.74 (
)
2da)
= .
= (0.75 .0.85)
=
= .
=
+
= 2 (
2+ ) . (
2)
=
.
.
2= (
2+ )
2
( +
2)
2
6. CLCULO DE LA ALTURA DE EULER He:
= (1
8) . (1 + . 2) . (1 ) .
= 2
= .
1 = .
7. CLCULO DE RENDIMIENTOS:
1 =
= .
-
8. CLCULO DE NEJE (potencia efectiva):
= .
TURBINA PELTON
H=1400 m Q= 1m3/s N= 1200 rpm
a) CLCULO DE POTENCIA IDEAL: (Ni)
=...
75 =
(1000)(1)(1400)
75 = 18666.66 . .
b) CLCULO DE LA VELOCIDAD ESPECFICA (ns):
() =()
12
5
4
() =(1200)(18666.66)
12
14005
4
() = 19.24
c) CLCULO DE Z: (chorros)
() = 576 . ()1
2 . ()1
2 . . (
)
=045
=0.925
= 0.1
19.24 = 576 . (0.925)1
2 . ()1
2 . (0.45). (0.1)
= 0.5956
Z = 1 chorro
-
19.24 = 576 . (0.925)1
2 . (1)1
2 . (0.45). (
)
(
) = 0.07718
d) CLCULO DIMETRO DE CHORRO (d):
= 4
.
.
1
2
= 4
.
1
1 .
1
(0.925)2(9.81)(1400)
= 0.0911
e) CLCULO DEL DIMETRO DE RODETE (D):
=
0.07718
= 1.18
f) CLCULO DEL NMERO DE CUCHARAS Ncu:
1er) = 12 + 0.74 (
)
= 12 + 0.74 (1
0.07718)
= 21.588
= 22
2da) = .
Dext= D + 2.d= 1.3682 m
Dint= D 2.d= 1.0038m
= (0.75 .0.85) S = (0.8)
= (
2+ )
2
( +
2)
2
2= (
1.186
2+ 0.0911)
2
(1.186 + 0.0911
2)
2
-
2= 0.2454
= 0.491
=
.
.
=0.45
0.925 .
1.3682
1.186 . (0.491)
= 0.2755
=
+
=0.491
1.186 + 0.0911
= 21.03 0.367 rad
= .
= (0.367) . (1.186)
= 0.435
=
= 0.435 0.2755
= 0.1595
S = (0.8)
S = (0.8)(0.1595)
S = 0.1276
= .
= . (1.3682)
0.1276
= 33.686
= 34
= 4 12 = 8
= 0.86 0.89 = 0.86
-
g) CLCULO DE He:
= (1
8) . (1 + . 2) . (1 ) .
Para V1:
1 = . 1 = (165.73)(0.925) 1 =
153.3/
Para Vi:
= 2 = 2(9.81)(1400) = 165.73 /
Para U:
= .
= (165.73). (0.45)
= 74.58 /
= (1
8) . (1 + . 2) . (1 ) .
= (1
8) . (1 + 0.875 . 8) . (153.3 74.58) . (74.58)
=11117.02
h) CLCULO DE RENDIMIENTO HIDRAULICO (ni):
1 =
1 =11117.02
1400
1 = 0.798
CLCULO DE nt:
Para un: 0.9 0.97 un= 0.935
= .
= (0.798). (0.935)
= 0.746
-
i) CLCULO DE LA POTENCIA EN EL EJE:
= .
= (0.746). (18666.66)
= 13925.33 . .
= (13925.33 . . ) (0.735
. .)
= 10235.11
DIMENSIONAMIENTO DE LA CUCHARA:
1. DIMETRODE LA PUNTA:
= + (2) (7
6) ()
= 1.186 + (2) (7
6) (0.0911)
= 1.398
2. DIMETRO EXTERIOR DEL RODETE:
= +
= 1.398 + 0.0911
= 1.4891
3. CLCULO INTERIORES DE LA CUCHARA:
r=100.5
B=0.2733 m
b= 0.31885 m
L=0.232305 m
T= 0.068325 m
S= 0.104765 m
m1=0.01731 m
m= 0.0911 m
-
2 = 12.5
Corte I: 35
Corte II: 25
= Corte III: 15
Corte IV: 7.5
Lb=2.9 do = 0.26419 m 0.30061 m
b1= 0.049195 m
FICHA TECNICA DEL GENERADOR:
Generador Caterpillar SR4
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CONCLUSIONES.
La turbina Pelton por su diseo y funcionamiento es la ms apropiada para altas cadas y caudales pequeos, entonces por lo anterior dicho optimiza y
aumenta la potencia en la turbina.
Al determinar la potencia elctrica real nos dio como resultado un valor diferente menor a propuesto para el clculo.