Turbina Pelton - 2008I
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C
PRÓLOGO
La utilización de las turbinas en general y en este caso la Turbina Pelton, en la actualidad, ha permitido obtener energía eléctrica en la mayoría de los países que tienen una geografía adecuada para este tipo de turbinas. En vista de que en nuestro país existen centrales hidroeléctricas a base de turbinas Pelton, es necesario el conocimiento del funcionamiento del equipo. Para ello se estudia las características en el laboratorio.
En el laboratorio se a podido obtener diferentes características del equipo, tales como la variación de la velocidad angular en función de la carga como el caudal; también las implicancias que existen en la eficiencia cuando se varia la presión de entrada (altura efectiva), también la variación de la eficiencia cuando el caudal cambia. Las relaciones mencionadas anteriormente se presentan en forma de gráficos los cuales permitirán el análisis con poca dificultad.
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C
INTRODUCCIÓN
La turbina Pelton debe su nombre a Lester Allan Pelton (1829-1908) quien buscando oro en California, concibió la idea de una rueda con cucharas periféricas que aprovechara la energía cinética de un chorro de agua, proveniente de una tubería de presión, incidiendo tangencialmente sobre la misma. Ensayó diversas formas de álabes hasta alcanzar una patente de la rueda en 1880, desde cuya fecha ha tenido gran desarrollo y aplicación.
Son conocidas también como turbinas tangenciales, de impulsión y es la turbina hidráulica apropiada para aprovechar grandes saltos de agua y caudales relativamente pequeños.
La Turbina Pelton, por la sencillez de su construcción y por razones de tipo hidrodinámico es la que tiene la máxima eficiencia entre todos los motores hidráulicos.Otra de sus cualidades es que permite el acoplamiento directo con los generadores eléctricos de alta velocidad, ya que puede proyectarse para elevadas velocidades tangenciales del rodete.
La dirección del chorro no es realmente axial ni radial sino que es casi tangencial y de aquí el nombre de ruedas tangenciales.
La admisión del agua tiene lugar por una o más toberas o boquillas que lanzan el agua a la rueda con cucharas que giran por este efecto de impacto de chorro.
El elemento constructivo mas importante de las turbinas Pelton es la paleta en forma de doble cuchara, en cierto modo, esta es como una doble paleta de una turbina de acción, el cual recibe el chorro exactamente en la arista media, en donde se divide en dos, circulando por la cavidad de la paleta en un arco de aproximadamente 180°, contrarrestando mutuamente los empujes axiales por cambio de dirección de los dos semichorros.
El recorte dado a las paletas tiene por objeto permitir la colocación de las boquillas muy próximas a las primeras de tal forma que el chorro alcance a las paletas en la dirección más conveniente.
La variación de la cantidad de agua (caudal) para la regulación de la potencia se consigue actualmente y casi sin excepción por medio de una aguja o punzón de forma especial, con cuyo accionamiento se puede estrangular la sección de la boquilla.
En instalaciones mas complicadas que las que nosotros vamos a ensayar se dispone además de un deflector o desviador de chorro , y que consiste en una superficie metálica que se introduce en medio del chorro y lo divide , desviando una parte del agua, haciendo que esta salga de la turbina sin producir efecto útil.
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON
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OBJETIVO
Conocer en forma objetiva el funcionamiento de una Turbina Pelton.
Para diferentes caudales observar la variación en los diferentes parámetros.
EQUIPO UTILIZADO
Banco de pruebas de la Turbina Pelton. Regla graduada 30cm Tacómetro Digital
PROCEDIMIENTO SEGUIDO EN EL ENSAYO
a) Encendemos la bomba y regulamos la boquilla de emisión de agua a una presión
determinada (30, 40 y 50psi).
b) Medimos la altura en el linnimetro para calcular el caudal.
c) Medimos la fuerza en el dinamómetro cuando no hay carga.
d) Medimos la velocidad angular con ayuda del tacómetro cuando no hay carga.
e) Aplicamos carga al sistema (focos).
f) Medimos la fuerza y la velocidad angular.
g) Repetimos el procedimiento para las diferentes presiones.
h) Repetimos los pasos del b) al f) manteniendo una presión de 40 psi para distintos
caudales.
TABLA DE DATOS
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON
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P=30 Psi P=40 Psi P=50 Psih linnimetro =11.5 cm h linnimetro =11 cm h linnimetro =10.4 cmCarga
( foco )F
( libf )
( rpm )Carga
( foco )F
( libf )
( rpm )Carga
( foco )F
( libf )
( rpm )vacío 2.9 1200 vacío 3.6 1400 vacío 4 1500
1 3.75 1175 1 4.7 1360 1 5.2 14602 4.4 1150 2 5.8 1330 2 6.1 14303 5.2 1125 3 6.4 1282 3 7 13904 5.9 1100 4 7.2 1250 4 7.8 13505 6.2 1075 5 7.6 1230 5 8.5 13206 6.75 1050 6 8.3 1225 6 9 12707 7.05 1025 7 8.65 1200 7 9.45 1240
P=40 Psi P=40 Psih linnimetro =10.25 cm h linnimetro =9.5 cmCarga
( foco )F
( libf )
( rpm )Carga
( foco )F
( libf )
( rpm )vacío 3.2 1370 vacío 2.8 1300
1 4.2 1330 1 3.75 12402 5.2 1290 2 4.4 12203 5.8 1250 3 4.9 11904 6.3 1220 4 5.4 11505 6.8 1200 5 5.75 11256 7.3 1180 6 6 11007 7.95 1150 7 6.9 1090
PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR LOS CÁLCULOS
a) Potencia Hidráulica (HPa)
……….(1)
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON
D rodete ( in ) 11.375
2 ( ° ) 10k 0.9Cd ( coef. Descar) 0.68Cof. Velocidad 0.975L (brazo) ( in ) 3 agua 9810Φ de boquilla 3’’
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Donde: ρ: densidad del agua. g: aceleración de la gravedad. H: altura simulada o altura útil. Q: caudal
Donde VT: velocidad de entrada a la boquilla.
Donde Ae: área de entrada a la boquilla (Φ=3”)
Donde Cd: coeficiente de descarga (0.68) h: altura medida en el linnímetro (en metros)
b) Potencia del Rodete (HPr)
………….(2)
Donde: U: velocidad tangencial.Vch: velocidad del chorro.K=0.9
Β=10º
Donde: w: velocidad angular.rp = 4.8125”
c) Potencia al Freno (BHP)
……….(3)
Donde: Fd: fuerza medida en el dinamómetro.R=3”
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d) Eficiencia Mecánica (ηm) ……..(4)
e) Eficiencia Hidráulica (ηh) ……….(5)
f) Eficiencia Total (ηT) ……….(6)
TABLAS DE RESULTADOS
Para P=30psi h=11.5cm
Con la ayuda de las expresiones antes mencionadas se obtienen:
Con las expresiones (1), (2), (3), (4), (5) y (6) obtenemos el siguiente cuadro
Tabla 1:Carga
( foco )F
( libf )
( rpm )HPh ( W )
U ( m/s2)
HPr( W )
BHP( W )
h ( % )
m( % )
T( % )
T( Nm )
vacio 2.9 1200 895.46 18.15 251.68 123.52 28.11 49.08 13.79 0.9831 3.75 1175 895.46 17.78 301.20 156.40 33.64 51.93 17.47 1.2712 4.4 1150 895.46 17.40 348.39 179.60 38.91 51.55 20.06 1.4913 5.2 1125 895.46 17.02 393.24 207.65 43.92 52.80 23.19 1.7634 5.9 1100 895.46 16.64 435.77 230.36 48.66 52.86 25.73 2.0005 6.2 1075 895.46 16.26 475.97 236.57 53.15 49.70 26.42 2.1026 6.75 1050 895.46 15.88 513.84 251.57 57.38 48.96 28.09 2.2887 7.05 1025 895.46 15.51 549.37 256.50 61.35 46.69 28.64 2.390
Para P=40psi h=11cm
Con la ayuda de las expresiones antes mencionadas se obtienen:
Con las expresiones (1), (2), (3), (4), (5) y (6) obtenemos el siguiente cuadro
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Tabla 2:Carga
( foco )F
( libf )
( rpm )HPh ( W )
U ( m/s2)
HPr( W )
BHP( W )
h ( % )
m( % )
T( % )
T( Nm )
vacio 3.6 1400 1067.45 21.18 268.32 178.90 25.14 66.67 16.76 1.2201 4.7 1360 1067.45 20.57 351.41 226.88 32.92 64.56 21.25 1.5932 5.8 1330 1067.45 20.12 410.21 273.81 38.43 66.75 25.65 1.9663 6.4 1282 1067.45 19.39 498.06 291.23 46.66 58.47 27.28 2.1694 7.2 1250 1067.45 18.91 552.36 319.46 51.75 57.84 29.93 2.4405 7.6 1230 1067.45 18.61 584.56 331.81 54.76 56.76 31.08 2.5766 8.3 1225 1067.45 18.53 592.40 360.90 55.50 60.92 33.81 2.8137 8.65 1200 1067.45 18.15 630.35 368.44 59.05 58.45 34.52 2.932
Para P=50psi h=10.4cm
Con la ayuda de las expresiones antes mencionadas se obtienen:
Con las expresiones (1), (2), (3), (4), (5) y (6) obtenemos el siguiente cuadro
Tabla 3:Carga
( foco )F
( libf )
( rpm )HPh ( W )
U ( m/s2)
HPr( W )
BHP( W )
h ( % )
m( % )
T( % )
T( Nm )
vacio 4 1500 1159.14 22.69 420.33 212.97 36.26 50.67 18.37 1.3561 5.2 1460 1159.14 22.09 493.79 269.48 42.60 54.57 23.25 1.7632 6.1 1430 1159.14 21.63 545.85 309.62 47.09 56.72 26.71 2.0683 7 1390 1159.14 21.03 611.19 345.37 52.73 56.51 29.80 2.3734 7.8 1350 1159.14 20.42 671.90 373.76 57.97 55.63 32.24 2.6445 8.5 1320 1159.14 19.97 714.39 398.25 61.63 55.75 34.36 2.8816 9 1270 1159.14 19.21 779.40 405.71 67.24 52.05 35.00 3.0517 9.45 1240 1159.14 18.76 814.92 415.93 70.30 51.04 35.88 3.203
GRAFICAS A Q=CTE AL VARIAR H
GRAFICAS A 30 PSI
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POTENCIAS Vs RPM a 30 Psi Q=4.318 lt/s
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1010 1030 1050 1070 1090 1110 1130 1150 1170 1190 1210
VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
PO
TE
NC
IA
….
( W
)
HPr BHP HPh
HPr
HPh
BHP
vacío7 focos
Grafica 1:
EFICIENCIAS Vs RPM a 30 Psi Q=4.318 lt/s
10
20
30
40
50
60
70
1010 1030 1050 1070 1090 1110 1130 1150 1170 1190 1210
VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
EF
ICIE
NC
IA …
...
( %
)
nh nm nt
h
m
T
vacío7 focos
Grafica 2:
GRAFICAS A 40 PSI
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POTENCIAS Vs RPM a 40 Psi Q=3.864 lt/s
0
200
400
600
800
1000
1200
1190 1210 1230 1250 1270 1290 1310 1330 1350 1370 1390 1410
VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
PO
TE
NC
IA
….
( W
)
HPr BHP HPh
HPh
HPr
BHP
vacío7 focos
Grafica 3:
EFICIENCIAS Vs RPM a 40 Psi Q=3.864 lt/s
10
20
30
40
50
60
70
1190 1210 1230 1250 1270 1290 1310 1330 1350 1370 1390 1410
VELOCIDAD DE ROTACION h…... ( rpm )
EF
ICIE
NC
IA …
...
( %
)
nh nm nt
h
m
T
vacío7 focos
Grafica 4:
GRAFICAS A 50 PSI
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C
POTENCIAS Vs RPM a 50 Psi Q=3.359 lt/s
0
200
400
600
800
1000
1200
1220 1240 1260 1280 1300 1320 1340 1360 1380 1400 1420 1440 1460 1480 1500 1520
VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
PO
TE
NC
IA
….
( W
)
HPr BHP HPh
HPh
HPr
BHP
vacío7 focos
Grafica 5:
EFICIENCIAS Vs RPM a 50 Psi Q=3.359 lt/s
10
20
30
40
50
60
70
80
1220 1240 1260 1280 1300 1320 1340 1360 1380 1400 1420 1440 1460 1480 1500 1520
VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
EF
ICIE
NC
IA …
...
( %
)
nh nm nt
m
h
T
vacío7 focos
Grafica 6:
Para P=40psi h=10.25cm
Con la ayuda de las expresiones antes mencionadas se obtienen:
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON
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Con las expresiones (1), (2), (3), (4), (5) y (6) obtenemos el siguiente cuadro
Tabla 4:Carga
( foco )F
( libf )
( rpm )HPh ( W )
U ( m/s2)
HPr( W )
BHP( W )
h ( % )
m( % )
T( % )
T( Nm )
vacio 3.2 1370 894.35 20.73 276.99 155.61 30.97 56.18 17.40 1.0851 4.2 1330 894.35 20.12 343.28 198.28 38.38 57.76 22.17 1.4242 5.2 1290 894.35 19.52 405.10 238.10 45.30 58.78 26.62 1.7633 5.8 1250 894.35 18.91 462.45 257.34 51.71 55.65 28.77 1.9664 6.3 1220 894.35 18.46 502.53 272.82 56.19 54.29 30.50 2.1355 6.8 1200 894.35 18.15 527.85 289.64 59.02 54.87 32.39 2.3056 7.3 1180 894.35 17.85 552.05 305.75 61.73 55.39 34.19 2.4747 7.95 1150 894.35 17.40 586.25 324.51 65.55 55.35 36.28 2.695
Para P=40psi h=9.5cm
Con la ayuda de las expresiones antes mencionadas se obtienen:
Con las expresiones (1), (2), (3), (4), (5) y (6) obtenemos el siguiente cuadro
Tabla 5: Carga
( foco )F
( libf )
( rpm )HPh ( W )
U ( m/s2)
HPr( W )
BHP( W )
h ( % )
m( % )
T( % )
T( Nm )
vacio 2.8 1300 739.40 19.67 322.25 129.20 43.58 40.09 17.47 0.9491 3.75 1240 739.40 18.76 393.41 165.05 53.21 41.95 22.32 1.2712 4.4 1220 739.40 18.46 415.28 190.54 56.16 45.88 25.77 1.4913 4.9 1190 739.40 18.00 446.34 206.97 60.37 46.37 27.99 1.6614 5.4 1150 739.40 17.40 484.53 220.42 65.53 45.49 29.81 1.8305 5.75 1125 739.40 17.02 506.52 229.61 68.50 45.33 31.05 1.9496 6 1100 739.40 16.64 527.06 234.27 71.28 44.45 31.68 2.0347 6.9 1090 739.40 16.49 534.87 266.96 72.34 49.91 36.10 2.339
GRAFICAS A H=CTE AL VARIAR Q
GRAFICAS A Q=3.864 LT/S
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON
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POTENCIAS Vs RPM a 40 Psi Q=3.239 lt/s
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320 1340 1360 1380
VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
PO
TE
NC
IA
….
( W
)
HPr BHP HPh
HPh
HPr
BHP
vacío7 focos
Grafica 7:
EFICIENCIAS Vs RPM a 40 Psi Q=3.239 lt/s
10
20
30
40
50
60
70
1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320 1340 1360 1380
VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
EF
ICIE
NC
IA …
...
( %
)
nh nm nt
h
m
T
vacío7 focos
Grafica 8:
GRAFICAS A Q=2.678 LT/S
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C
POTENCIAS Vs RPM a 40 Psi Q=2.678 lt/s
0
100
200
300
400
500
600
700
800
1080 1100 1120 1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320
VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
PO
TE
NC
IA
….
( W
)
HPr BHP HPh
HPh
HPr
BHP
vacío7 focos
Grafica 9:
EFICIENCIAS Vs RPM a 40 Psi Q=2.678 lt/s
10
20
30
40
50
60
70
80
1080 1100 1120 1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320
VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
EF
ICIE
NC
IA …
...
( %
)
nh nm nt
m
h
T
vacío7 focos
Grafica 10:
COMPARACION DE LAS POTENCIAS HA
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DISTINTOS Q Y H=CTE
POTENCIAS Vs RPM a 40 Psi
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400
VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
PO
TE
NC
IA
….
( W
)
HPh
HPr
BHP
Q=2.678
Q=3.239
Q=3.864 lt/s
_ _ _ _ Q=3.864 lt/s……… Q=3.239 lt/s_____ Q=2.678 lt/s_____ HPh_____ HPr_____ BHP
crecimiento de caudal
Grafica 11:
POT. AL EJE Vs RPM a 40 Psi
100
150
200
250
300
350
400
1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400
VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
PO
TE
NC
IA
….
( W
) BHP
Q=2.678 lt/s
Q=3.239
Q=3.864 lt/s
crecimiento de caudal
Grafica 12:
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C
POT. AL RODETE Vs RPM a 40 Psi
250
300
350
400
450
500
550
600
650
1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400
VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
PO
TE
NC
IA
….
( W
)
HPrQ=2.678 lt/s
Q=3.239
Q=3.864 lt/s crecimiento de caudal
Grafica 13:
POT. HIDRAULICA Vs RPM a 40 Psi
700
750
800
850
900
950
1000
1050
1100
1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400
VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
PO
TE
NC
IA
….
( W
)
HPh
Q=2.678
Q=3.239
Q=3.864 lt/s
crecimiento de caudal
Grafica 14:
COMPARACIÓN DE EFICIENCIAS HA
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C
DISTINTOS Q Y H=CTE
EFICIENCIAS Vs RPM a 40 Psi
15
25
35
45
55
65
75
1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
EF
ICIE
NC
IA …
...
( %
)
m
h
T
Q=2.678 lt/s
Q=3.239 lt/s
Q=3.864 lt/screcimiento de caudal
_ _ _ _ Q=3.864 lt/s……… Q=3.239 lt/s_____ Q=2.678 lt/s_____ HPh_____ HPr_____ BHP
Grafica 15:
EFICIENCIA HIDRAULICA Vs RPM a 40 Psi
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
EF
ICIE
NC
IA …
...
( %
)
h
Q=2.678 lt/s
Q=3.239 lt/s
Q=3.864 lt/s
crecimiento de caudal
Grafica 16:
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C
EFICIENCIA MECANICA Vs RPM a 40 Psi
35
40
45
50
55
60
65
70
1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
EF
ICIE
NC
IA …
...
( %
)
m
Q=2.678 lt/s
Q=3.239 lt/s
Q=3.864 lt/s
crecimiento de caudal
Grafica 17:
EFICIENCIA TOTAL Vs RPM a 40 Psi
16
19
22
25
28
31
34
37
1080 1120 1160 1200 1240 1280 1320 1360 1400VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
EF
ICIE
NC
IA …
...
( %
)
T
Q=2.678 lt/s
Q=3.239 lt/s
Q=3.864 lt/s
crecimiento de caudal
Grafica 18:
COMPARACIÓN DE LAS POTENCIAS HA
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C
DISTINTOS H Y Q=CTE
POTENCIAS Vs RPM a Q=cte
0
200
400
600
800
1000
1200
1010 1060 1110 1160 1210 1260 1310 1360 1410 1460 1510
VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
PO
TE
NC
IA
….
( W
)
HPh
HPr
BHP
H = 30 Psi
H = 40 Psi
H = 50 Psi
_ _ _ Q=30 Psi y Q=4.318 lt/s.…... Q=40 Psi y Q=3.864 lt/s____ Q=50 Psi y Q=3.359 lt/s____ HPh____ HPr____ BHP
crecimiento de Altura
Grafica 19:
POT. AL EJE Vs RPM a Q=cte
100
150
200
250
300
350
400
450
1010 1060 1110 1160 1210 1260 1310 1360 1410 1460 1510
VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
PO
TE
NC
IA
….
( W
)
BHP
H = 50 Psi Q=3.359 lt/s
H = 40 Psi Q=3.864 lt/s
H = 30 Psi Q=4.318 lt/s
crecimiento de Altura
Grafica 20:
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C
POT. AL RODETE Vs RPM a Q=cte
200
300
400
500
600
700
800
900
1010 1060 1110 1160 1210 1260 1310 1360 1410 1460 1510
VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
PO
TE
NC
IA
….
( W
)
HPr
H = 30 Psi Q=4.318 lt/s
H = 40 Psi Q=3.864 lt/s
H = 50 Psi Q=3.359
lt/s
crecimiento de Altura
Grafica 21:
POT. HIDRAULICA Vs RPM a Q=cte
700
750
800
850
900
950
1000
1050
1100
1150
1200
1010 1060 1110 1160 1210 1260 1310 1360 1410 1460 1510
VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
PO
TE
NC
IA
….
( W
)
HPh
H = 30 Psi Q=4.318 lt/s
H = 40 Psi Q=3.864 lt/s
H = 50 Psi Q=3.359
crecimiento de Altura
Grafica 22:
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C
COMPARACIÓN DE LAS EFICIENCIAS HADISTINTOS H Y Q=CTE
EFICIENCIAS Vs RPM a Q=cte
10
20
30
40
50
60
70
80
1010 1060 1110 1160 1210 1260 1310 1360 1410 1460 1510VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
EF
ICIE
NC
IA …
...
( %
)
m
h
T
crecimiento de altura
_ _ _ Q=30 Psi y Q=4.318 lt/s.…… Q=40 Psi y Q=3.864 lt/s____ Q=50 Psi y Q=3.359 lt/s____ HPh____ HPr____ BHP
Grafica 23:
EFICIENCIAS Vs RPM a Q=cte
20
30
40
50
60
70
1010 1060 1110 1160 1210 1260 1310 1360 1410 1460 1510VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
EF
ICIE
NC
IA …
...
( %
)
h
H = 30 Psi Q=4.318 lt/s
H = 40 Psi Q=3.864 lt/s
H = 50 Psi Q=3.359 lt/s
crecimiento de Altura
Grafica 24:
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C
EFICIENCIAS Vs RPM a Q=cte
40
45
50
55
60
65
70
1010 1060 1110 1160 1210 1260 1310 1360 1410 1460 1510VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
EF
ICIE
NC
IA …
...
( %
)
m
H = 30 Psi Q=4.318 lt/s
H = 40 Psi Q=3.864 lt/s
H = 50 Psi Q=3.359 lt/s
crecimiento de Altura
Grafica 25:
EFICIENCIAS Vs RPM a Q=cte
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
1010 1060 1110 1160 1210 1260 1310 1360 1410 1460 1510VELOCIDAD DE ROTACION …... ( rpm )
EF
ICIE
NC
IA …
...
( %
)
T
H = 30 Psi Q=4.318 lt/s
H = 40 Psi Q=3.864
H = 50 Psi Q=3.359 lt/s
crecimiento de Altura
Grafica 26:
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C
OBSERVACIONES
Se observó que dinamómetro tiene que estar alineado para tomar los valores de fuerza en forma correcta.
Nótese que el valor del caudal para la medición de 30psi es mayor que los valores de 40psi y 50psi debido a que se varió la aguja de emisión del chorro y se producen mayores perdidas.
Se presentaron problemas en el desarrollo las pruebas al ocurrir una falla en los rodamientos de la bomba por lo cual se tubo que realizar nuevamente al experiencia.
Nótese que en las pruebas al aumentar la presión el caudal callo ligeramente por lo que las comparaciones a caudal constante realizadas presentan un error, sin embargo hemos asumido que esta caída es despreciable con fines didácticos para lograr el análisis a caudal cantante.
CONCLUSIONES
Las gráficas tanto de potencia como de eficiencia en teoría tienen una tendencia parabólica hacia abajo. Nuestras gráficas presentan la parte de caída de las curvas teóricas.
La gráfica 23 demuestran que para una mayor altura de caída de agua, la turbina es más eficiente. Recordemos que las gráficas para 30psi no se pueden comparar con las anteriores.
Se aprecia que la eficiencia diminuye al incremento de la velocidad (rpm) y disminución de la carga.
Se aprecia que la eficiencia aumenta al incremento de altura de caída.
La eficiencia aumenta al incremento de caudal al igual que las potencias.
La eficiencia total máxima de la Turbina Pelton para los datos tomados está alrededor de 36.5%.
El troqué aumenta al incremento de carga y disminución la velocidad (rpm).
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C
RECOMENDACIONES
Se recomienda una mayor toma de datos para evaluar mejor la variación de la potencia con respecto a la velocidad de giro de la turbina.
Se recomienda la calibración del manómetro a la entrada de la turbina, con la finalidad de tomar datos más exactos.
Se recomienda esperar unos minutos antes de la toma de datos para dejar que el sistema se estabilice.
Se recomienda el uso adecuado de un tacómetro digital para la toma de datos con el fin de tomar datos más exactos.
Se recomienda tomar más datos con valores de carga más altos (más focos) para que el tramo ascendente de la tendencia parabólica se pueda apreciar.
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON
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ANEXO
BANCO DE PRUEBAS
El banco de pruebas de la Turbina Pelton, marca Armfield Hidraulic Engineering es de fabricación Inglesa y esta ubicado en el Laboratorio de Maquinas Térmicas e Hidráulicas de la Facultad de Ingeniería Mecánica.
LAS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL BANCO SON LAS SIGUIENTES:
Turbina Pelton:
Marca : Armifield Hydraulic Engineiring England. Tipo : Pelton MK2 Serie : 2061 Altura Nominal : 53m (175 pies) Velocidad Nominal : 1160 rpm Potencia Nominal : 5 HP
Motobomba:
Motor: Newman Motor INC.
- Tipo : 215 DD 181 BB
- Serie : P 424701
- Potencia : 7.5 HP
- Velocidad : 3600 rpm
- Frecuencia : 60 Hz
- Alimentación : 220 V Trifásica 19ª
Bomba: Sigmund Pump LTD.
- Tipo : N-NL3
- Serie : 147304
Manómetro : DIN
- Rango : 0 – 100 PSI
- Aproximación : 2 PSI
Tacómetro : Smith
- Rango : 0 – 2500 rpm
- Aprox : 50 rpm
Vertedero :
- Marca : Wyers triangular de 90°
- Rango : 0-30cm
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultad de Ingeniería Mecánica
TURBINA PELTON
CURSO : LAB. DE INGENIERÍA MECÁNICA II “ C ”
PROFESOR : ING. FRANCISCO SINCHI
ESTUDIANTES : HUAMÁN PAREDES RAFAELALEGRIA BARBOZA FRANKLINPOMA SOTO HENRY
FECHA DE PRESENTACIÓN:
27/06/08
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA FIM – 2008 I Laboratorio de Ingeniería Mecánica II - MN 463C
UNI - 2008 - I
Rafael Huamán Paredes 20032071e TURBINA PELTON