Torneria

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL COMAHUE
FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE MECÁNICA APLICADA LABORATORIO DE MAQUINAS HIDRÁULICAS (LA.M.HI.)

TURBINAS PELTON

Ing. Ariel R. Marchegiani Septiembre de 2004

MAQUINAS HIDRAULICAS
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Turbinas Hidráulicas de Acción – Turbinas Pelton
En las turbinas de acción se convierte previamente la energía de presión del fluido en energía cinética, creandoun chorro libre en la atmósfera. Este chorro se hace incidir sobre los álabes de un rotor, que gira asimismo en el seno de la atmósfera, desviando el chorro, apareciendo por ello un par sobre él que se utiliza para extraer la energía. La turbina de chorro libre fue inventada alrededor de 1880 por Lester Pelton [1], quien después le dio su nombre. Por lo tanto, la materialización más común de estetipo de máquinas es la turbina Pelton. En la figura 1 se muestra el esquema de una de ellas. Son máquinas robustas y simples, capaces de un buen rendimiento.

Figura 1

El chorro se crea por medio de una tobera estacionaria convergente cónica, denominada inyector. Este inyector va dotado de una espiga central axilsimétrica capaz de moverse axialmente, la cual controla el área de paso. En lafigura se puede apreciar, estando actuada cada una de ellas por una palanca. Se utiliza para variar la carga de la turbina. El inyector hace incidir la corriente tangencialmente al rotor, ocurriendo la deflexión del chorro sin concurrencia de una variación global de radio significativa y en media en un plano paralelo al eje del rotor y conteniendo al eje del inyector. Con el objeto de aumentar lapotencia de una misma turbina, con un determinado salto hidráulico, se añaden mas inyectores repartidos en la periferia, pudiendo llegar a 6 en turbinas de gran tamaño (figura 1). Un número excesivo de inyectores ocasiona una pérdida de rendimiento por interferir mutuamente sus flujos, tanto al ser deflectados como al caer el agua. El rotor está constituido por un disco que soporta unas cucharas condoble cavidad, periódicamente dispuestas en su periferia, (figura 2). La mejora más significativa hecha por Pelton fue introducir las cucharas dobles simétricas. Mediante un nervio central rígido están diseñadas para deflectar hacia ambos lados del disco el chorro con las mínimas pérdidas

Ing. Ariel R. Marchegiani

TURBINAS HIDRAULICAS DE ACCION – TURBINAS PELTON
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posibles, tal y comoindican las figuras 3 y 4, y con la simetría resultante evitar fuerzas laterales sobre el disco, aunque ocurre también una deflexión en el plano del disco.

figura 2

Estas cucharas están rebajadas en su extremo más externo al objeto de evitar interferir con la cuchara que recibe el chorro plenamente. Debido a la periódica entrada y salida en carga de las cucharas su resistencia a la fatiga esimportante y el par ejercido sobre el eje oscila periódicamente una pequeña cantidad. El rotor puede ser de eje horizontal o vertical. Las verticales no suelen disponer de mas de 2 inyectores.

Figura 3

figura 4

Cátedra de Máquinas Hidráulicas

MAQUINAS HIDRAULICAS
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En las grandes instalaciones hidroeléctricas este tipo de turbinas solo es considerada para alturas mayores a 150metros. Para aplicaciones en micro hidroenergía puede ser usada para saltos mucho menores. Por ejemplo una turbina Pelton que gira a una alta velocidad de rotación puede ser usada para generar 1 Kw con alturas inferiores a 20 metros. Para potencias más grandes la velocidad de rotación disminuye y el rotor se hace muy grande. El principio de la turbina Pelton es convertir la energía cinética delchorro de agua en velocidad de rotación de la rueda o rotor. A fin de que esto se haga con la máxima eficiencia el agua debe abandonar las cucharas con una pequeña cantidad de energía cinética remanente. Debido al gradiente favorable de presión el flujo será laminar y muy aproximadamente ideal e incompresible, por lo que la fórmula de Bernoulli aplicada entre la tubería de llegada en la cual existe...