ENSAYO DE TURBINAS PELTON - · PDF filetomaron los datos de presión en el inyector y diámetro de la volante. Se usaron 9 ... ðØTrazar curvas características de la Turbina Pelton

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICALABORATORIO DE TERMOHIDRAULICA

ENSAYO DE TURBINAS PELTON

CCAATTEERRDDRRAA :: LLAABBOORRAATTOORRIIOO DDEE TTEERRMMOOHHIIDDRRAAUULLIICCAA IIII

CCAATTEEDDRRAATTIICCOO :: DDRR.. MMAARRIIOO MMIIGGUUEELL HHUUAATTUUCCOO GGOONNZZAALLEESS

AALLUUMMNNOO :: TTOOLLEEDDOO MMEEDDIINNAA,, YYOONN EEDDSSOONN

LLAAUURRAA CCUUBBAA RREEMMYY AARRIIEELL..

AALLAANNIIAA MMEELLEENNDDEEZZ MMIICCHHAAEELL AANNGGEELL

PPAALLAACCIIOOSS BBEENNIITTOO RRIICCHHAARRDD CCAARRLLOOSS

SSEEMMEESSTTRREE :: VVIIIIII

HHyyoo--22001100


RESUMEN

En esta práctica se realizo la toma de datos para poder obtener las curvascaracterísticas de la Turbina Pelton del Laboratorio de la Facultad. Este ensayo nospermite obtener puntos con los cuales se diagramaran las curvas, en función a las RPMde la turbina. En las curvas de eficiencia se podrá observar como se desempeña en losaspectos hidráulicos y mecánicos.Para el desarrollo de la práctica se procede de la siguiente forma: se enciende labomba que simula una altura útil de agua que será adoptada como la altura existenteen las centrales hidroeléctricas. Se colocan pesas una a una en el dinamómetro unido ala polea de la turbina; para cada pesa se tomarán los siguientes datos: RPM de laturbina, pesa colocada en el dinamómetro y su respectiva lectura. Previamente ya setomaron los datos de presión en el inyector y diámetro de la volante. Se usaron 9pesas. Con estos 9 datos se prosiguió con el análisis para determinar el estado defuncionamiento de la turbina. El análisis consiste en obtener las graficas o curvascaracterísticas de la turbina; para ello, se determinan las fuerzas leídas en eldinamómetro, el torques, la potencia al freno, la potencia del rodete, la potencia delagua y las eficiencias.


INTRODUCCIÓN

Para un Ingeniero Mecánico es muy importante determinar en que forma seesta desempeñando una turbina, para ello es necesario conocer la forma en que sepueden 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 debemossaber diseñarlas de forma manual, puesto que las curvas proporcionadas son para unaturbina nueva y no para una con varios años de funcionamiento, por este motivo susdatos originales variaran y con esto son curvas. También es necesario conocer de quémanera se las interpreta para darles un uso adecuado y no colocar una turbina en unsistema inadecuado que representara una eficiencia menor a la esperada. Este es elmotivo principal de la realización de este informe, después de realizar este ensayo yase conoce de cerca la forma de realizar las curvas y su correspondiente interpretaciónpara formular las conclusiones sobre su forma de funcionamiento.El ensayo se realizó en el Laboratorio de Termo hidráulica de la Facultad deIngeniaría Mecánica ubicado a 3268 msnm utilizando una Turbina Pelton a escala, unabomba Hidrostal 40-200, un motor eléctrico de 2,5 HP, un manómetro, undinamómetro, 9 pesas de diferentes masas y un vertedero triangular de 90oEl presente informe consta de una descripción de la turbina, relación deequipos y/o materiales utilizados, los procedimientos seguidos durante y después delos ensayos debidamente detallados, para facilitar la compresión. Finalmente seestablecen las conclusiones y recomendaciones a las que se han llegado después derealizar la experiencia.


OBJETIVOS

Trazar curvas características de la Turbina Pelton tomando datosexperimentales mediante el método de Freno Prony. Determinar los valores de las diferentes potencias presentes en la Turbinarelacionados con las diferentes RPM presentes durante el funcionamiento de laTurbina. Determinar los puntos de mayor eficiencia hidráulica, mecánica y total de laTurbina mediante la lectura de las curvas.


EQUIPOS E INSTRUMENTOS

Bomba Hidrostal 40-200 Turbina Peltón Manómetro Tacómetro Dinamómetro Pesas de diversas masas Vertedero triangular Flexómetro Vernier

PROCEDIMIENTO

Colocar la Turbina en la posición correcta para un aprovechamiento máximodel chorro de agua. Poner en condiciones de encendido a la bomba (cebado). Encender el motor. Tomar la presión a la salida del chorro. Colocar una pesa en la cuerda unida al dinamómetro. Tomar lectura del dinamómetro. Tomar lectura de las revoluciones que marca el tacómetro. Colocar otra pesa y registrar los datos anteriores Obtener la medida de la turbina, de la polea y del tacómetro; en especial estosdos últimos dato para hacer la transformación de las revoluciones. Medir la altura del liquido en el vertedero para poder hallar el caudal usadodurante el ensayo Después de tomar la totalidad de datos, se procesaran para hallar las potencias,eficiencias y velocidades. Graficar los resultados cada variable en función de la rpm.

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICALABORATORIO DE TERMOHIDRAULICATABLA DE REFISTRO DE DATOS

Nº h(cm.) Peso(gr.) t(ºC) Dinamómetro RPM tacómetro Presión(bar.)1 7 268 15,7 1,5 500 1,022 7 131 15,7 1,65 400 1,23 7 163,2 15,7 1,9 250 1,24 7 162 15,7 2,1 200 1,25 7 134 15,7 2,25 100 1,26 7 75 15,7 2,35 75 1,27 7 96 15,7 2,45 50 1,28 7 110 15,7 2,5 25 1,29 7 116 15,7 2,65 20 1,2CALCULOSPara la Potencia de la Turbina (Pag):

xQxgxHP nag

2/5416.1 hQ

2/52107416.1 xQ

smQ /10828.1 33

P

Hu

100081.9

1002.1 5

xHu

mHu 398.10

Reemplazando datos tenemosWattsPag 464.186


Datos procesados para la Potencia de la Turbina:

Hn(m) Q(m3/s) Pagua(W)1 10,398 0,002 186,4512 10,398 0,002 186,4513 10,398 0,002 186,4514 10,398 0,002 186,4515 10,398 0,002 186,4516 10,398 0,002 186,4517 10,398 0,002 186,4518 10,398 0,002 186,4519 10,398 0,002 186,451

Para la Potencia del Rodete ( rodp ): 2

11 1 xCosKxVCxQxVxprod

2/11 2gHuCdC

2/11 398.1081.9298.0 xC

smC /998.131

60

nrn

NDV

60

5002.01

V

smV /236.51

109.01236.5998.13236.510828.11000 3 CosxProd

WattsProd 196.158

Datos procesados para la Potencia de la Rodete:

Potencia del Rodete1 C1(m/s) V(m/s) Prodete(W)1 13,997 5,236 156,4752 13,997 4,189 140,1423 13,997 2,618 101,6164 13,997 2,094 85,0335 13,997 1,047 46,2576 13,997 0,785 35,3947 13,997 0,524 24,0648 13,997 0,262 12,2669 13,997 0,209 9,850

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICALABORATORIO DE TERMOHIDRAULICAPara la Potencia del Frenado ( frenoP )

pfreno FxRxP

TP

Tp x

D

D

50022

5.4xp

segrev

radrevp 60

min1

1

2

min273.102

seg

radp 71.10

PesooDinamometrF 81.9268.05.1 xF

NF 086.12

71.1011.0086.12 xxPfreno

WattsPfreno 238.14

Datos procesados para la Potencia del Frenado:Potencia del Frenado

Acum. Dinam. Acum. Peso F(N) Wp(rad/s) Pfreno(W)1 1,5 268,0 12,086 5,355 14,2382 3,2 399,0 26,987 4,284 25,4353 5,1 562,2 44,025 2,677 25,9334 7,2 724,2 63,037 2,142 29,7065 9,4 858,2 83,795 1,071 19,7446 11,8 933,2 106,113 0,803 18,7527 14,2 1029,2 129,206 0,535 15,2228 16,7 1139,2 152,651 0,268 8,9929 19,4 1255,2 177,510 0,214 8,365

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICALABORATORIO DE TERMOHIDRAULICAHALLANDO LOS RENDIMIENTOSRENDIMINETO HIDRAULICO

ag

radh P

Pn

846.0964.186

196.158hn

%6.84hn

RENDIMINETO MECANICOrad

frenom P

Pn

18.0196.158

477.28mn

%18mnRENDIMINETO VOLUMETRICO%100VnRENDIMINTO TOTAL

vmhT xnxnnn

1522.0118.0846.0 xxnT

%22.15Tn

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICALABORATORIO DE TERMOHIDRAULICADATOS PROCESADOS PARA LOS RENDIMINETOS

RendimientosRend. Hid. Rend. Mec. Rend. Volum. Rend. Total

1 0,839 0,091 1 0,0762 0,752 0,181 1 0,1363 0,545 0,255 1 0,1394 0,456 0,349 1 0,1595 0,248 0,427 1 0,1066 0,190 0,530 1 0,1017 0,129 0,633 1 0,0828 0,066 0,733 1 0,0489 0,053 0,849 1 0,045

GRAFICOS

0,00

5 ,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

4,110,2

20 ,551 ,1

102,351 ,1

20 ,510 ,2 4 ,1

RPM

Po

ten

cia

fren

ado


-40,00-20,00

0,0020,0040,0060,0080,00

100,00120,00140,00160,00180,00

4,1 10,2

20,5

51,1

102,3 51

,120

,510

,2 4,1

RPM

Pote

ncia

del

Rod

ete

-0,200

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

4,1 10,2

20,5

51,1

102,3 51

,120

,510

,2 4,1

RPM

Ren

dim

ient

o H

idra

ulic

o


0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

0,040

4,110,2

20,551,1

102,351,1

20,510,2 4,1

RPM

Ren

dim

inet

o M

ecan

ico

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

4,1 10,2

20,5

51,1

102,3 51

,120

,510

,2 4,1

RPM

Rend

imie

nto

Volu

met

rico


-0,0100

-0,0050

0,0000

0,0050

0,0100

0,0150

0,0200

0,0250

0,0300

0,0350

4,1 10,2

20,5

51,1

102,3 51

,120

,510

,2 4,1

RPM

Ren

dim

ient

o To

tal


-5,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

0,0 50,0 100,0 150,0

RPM

TO

RQ

UE

-1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

4,1 10,2

20,5

51,1

102,3 51

,120

,510

,2 4,1

RPM

V(m

/s)


CONCLUSIONES

1. Se puede observar que la turbina presenta mayor rendimiento mecánico con4.091 RPM (0.214 rad./seg.), esto se debe a que a estas revoluciones sepresenta un torque relativamente alto y una velocidad tangencial de modulomediano esto no resulta un BHP alto y un HPr mediano, por eso solo se obtieneun rendimiento del 84.9%. Es decir que si se desea mayor rendimientomecánico las RPM deberían de ser mayores (pero hasta un limite para noafectar el rendimiento hidráulico) para obtener un BHP mucho mas alto ylograr disminuir el HPr.2. En la grafica de Potencia Hidráulica versus RPM se ve claramente que laPotencia se mantiene constante a 186.451 watts para las diferentes RPM quese hicieron en el ensayo.3. Se ve en el proceso de los cálculos que la Potencia Agua (186.451 watts ) esmayor que la Potencia del Rodete ( 156.475 watts) y esto es mayor que lapotencia del Frenado (14.238 watts ).4. Demás esta indicar que se pudieron realizar las graficas deseadas con los datosexperimentales tomados. Estas curvas nos indican en que forma estátrabajando la turbina bajo diferentes revoluciones.5. Como se puede ver en la grafica 1 el Torque es inversamente proporcional a lasrevoluciones esto debido a que cuanto mas pesas se colocaban en eldinamómetro la fuerza de fricción era mayor, esta fricción conlleva a frenar ala polea unida a la turbina.


RECOMENDACIONES

1. Se debe de colocar de manera correcta el inyector para aprovechar de maneracorrecta la fuerza que ejerce el chorro de agua; ya que si se coloca desviado seobtendrán eficiencias bajas o erróneas.2. La Potencia Hidráulica se mantiene constante debido a que la altura también semantiene constante; se sugiere utilizar 1.02 bar. que en mca. de agua nos da10.398 m de columna de agua.3. Realizar cálculos descriptivos solo para la primera muestra de datos.4. Para tener una mayor exactitud de la altura al agua de debería de tener lalectura del manómetro en la salida del chorro (tobera), a la vez que si sedesearía tener mayores formas de analizar la turbina se podría realizar elensayo variando el caudal.5. Tomar la precaución al momento de realizar los cálculos de no utilizar las RPMleídas en el tacómetro, antes de hacer cualquier calculo hacer primero laconversión para llevarlas a RPM de la polea de la turbina. Además tenercuidado en las unidades usadas para el caudal, alturas, potencia, etc.

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICALABORATORIO DE TERMOHIDRAULICAANEXOS

Fig01 Instalación de la Turbina Pelton

Fig02 Manómetro a la entrada de la Turbina


Fig03 Tablero de Control

Fig04 Motor Eléctrico


Fig05 Vacuometro-Manómetro

Fig06 Tacómetro


Fig07 Toma de datos con el Tacómetro

Fig08 Medición el Vertedero Triangular


Integrantes del Grupo

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