Laboratorio de Turbina Hidráulica Pelton

Departamento de Ingeniería Mecánica

Universidad Técnica Federico Santa María

Potencias en turbinas

Potencia Hidráulica:

Potencia Turbina (eje):

Potencia Eléctrica:

η𝑇

𝑃𝑖 = 𝑚 ∙ 𝑎

𝑃𝑕 = 𝑚 ∙ 𝑌𝑡 𝑎 = 𝑌𝑡 − 𝑗

𝑃𝑕 = 𝑉 ∙ 𝜌 ∙ 𝐻𝑛 ∙ 𝑔

𝑃𝑒𝑙𝑖 = 𝑃𝑕 ∙ η𝑖 ∙ η𝑚𝑒𝑐 ∙ η𝑔𝑒𝑛 ∙ η𝑡𝑟

η𝑖 = η𝑣𝑜𝑙 ∙ η𝑓𝑟 ∙ η𝑎𝑙

𝑃 = 𝑃𝑕 ∙ η𝑇

η𝑡𝑟: 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑑𝑜𝑟

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Rendimientos

𝑌𝑏 ≈ 𝐻𝑏 ∙ 𝑔

𝐻𝑏

Energía hidráulica bruta

𝜼𝑻

𝜼𝒕𝒓

𝜼𝒈𝒆𝒏

𝜼𝒎𝒆𝒄 𝜼𝒊

𝜼𝒗𝒐𝒍 𝜼𝒇𝒓 𝜼𝒂𝒍

para estimar

𝑚

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Tipos de turbinas

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Selección con nQ

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Diagrama de selección

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Rendimientos Turbinas hidráulicas

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Rendimientos Turbinas hidráulicas

Turbina Pelton

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https://www.youtube.com/watch?v=7jEcco6zgBM

Turbina Pelton

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Componentes (Deflector)

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Disposición vertical- 6 chorros

Hneta = 652 m

Q = 18.8 m³/s

P = 110 MW

n = 428.6 rpm

Ventaja:

Menor tamaño rodete

Mejor eficiencia

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1940 2005

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Impulso

• Conservación Momentum angular => Ecuación Euler TM

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−𝑃 = 𝑚 (𝑢3 𝑐𝑢3 − 𝑢0 𝑐𝑢0)

2

012

Duu

033 cos wuc u

ucuc u 033 cos

1cos90 33

03 2 cuc u

hal 1 w3 w0 Entrada

Salida

ucw 00

𝑚 = 𝜌 ∙ 𝑉 = 𝜌 ∙ 𝑧𝑑𝜋 ∙ 𝑑0

2

4𝑐0

𝑑𝑃

𝑑𝑢𝑐0

= 0 ⇒𝑢

𝑐0 𝑚á𝑥,𝑡𝑒𝑜

= 0.5

Turbina Pelton Generalidades

• La eficiencia max. se encuentra entre 90 a 93%, dependiendo del tipo,

tamaño y salto.

• La turbina Pelton con multichorro tiene un menor diámetro de rodete y una

mejor eficiencia con bajas potencias.

• Tiene una menor sobrepresión producto del rechazo de carga, ya que los

deflectores operan entre 1 y 2 segundos. La sobrevelocidad se ubica entre

un 10 y 20 %.

• La válvula de aguja cierra entre 30-120 segundos.

• La sobrepresión no sobrepasa el 10%

• El daño producto de la erosión es mayor en comparación con el de una

turbina Francis.

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Ensayo en Modelos

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Ensayos en modelo

Altura neta modelo

100m

Diámetro modelo

355 mm

Ancho cuchara

90mm

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Leyes Semejanza

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RELACIONES MODELO – PROTOTIPO

Leyes de semejanza:

Qp = Qm (Hp / Hm)1/2

PELp = PELM (HP / HM)3/2

P = prototipo (lo esperado en proy)

M = modelo (lo medido en el lab.)

TURBINA PELTON LTF

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TURBINA PELTON LTF

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RENDIMIENTO GENERADOR CC

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Ensayo al freno

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𝑉 = 𝑐𝑡𝑒

Ensayo al freno

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𝑉 = 𝑐𝑡𝑒

Ensayo al freno

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𝑉 = 𝑐𝑡𝑒

Ensayo al freno Gráficos

1. Torque/Eficiencia en f(n)

2. Potencia/Eficiencia en f(n)

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• Marcar puntos medidos

• Interpolar con regresión lineal

• Escalas claras (no negativas)

• Dígitos significativos

• Marcar eta máx.

Ensayo de recepción

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𝑛 = 𝑐𝑡𝑒

Ensayo de recepción

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𝑛 = 𝑐𝑡𝑒

Ensayo recepción Gráficos

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• Potencia/Eficiencia en f(𝑉 )

P

• Marcar puntos medidos

• Interpolar con regresión lineal

• Escalas claras (no negativas)

• Dígitos significativos

Material audiovisual Turbina Pelton

• Definición

– https://www.youtube.com/watch?v=rf9meqw2SQA

– https://www.youtube.com/watch?v=7jEcco6zgBM

• Funcionamiento

– https://www.youtube.com/watch?v=Jd5BN7SPkqI

– https://www.youtube.com/watch?v=jhKGYEanq4M

• Ensamble

– https://www.youtube.com/watch?v=-llzB_QjrzQ

• Fabricación

– https://www.youtube.com/watch?v=4U-jl4QaBvw

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