Turbina Pelton

CALCULO DE ESFUERZOS EN UN RODETE PELTON.
Autor: Cand. Ingeniero Civil Mecánico Alberto Hidalgo.
Departamento de Mecánica UTFSM
Universidad Técnica Federico Santa María.
www.gea.usm.cl
INTRODUCCION
A continuación se presenta un breve resumen de la memoria de calculo realizada para
una turbina pelton, la cual fue diseñada por los señores Daniel Neuman, Daniel Moreno,
Francesco Cassinelli,Juan Carlos Carrillo, Gabriel Jara y el Autor de este resumen. Se
mostraran las ecuaciones que definen el espesor de la base de la cuchara para una turbina de
190 [mm] de diámetro.

Breve Reseña Turbinas Pelton:
Este tipo de turbinas de acción es la más
eficiente al ser utilizada en saltos de agua
con mucho desnivel y caudales
relativamente pequeños.
Esta turbina convierte toda la energíapotencial del agua, a energía cinética en
un chorro. La admisión tiene lugar por
una o mas toberas que inyectan el agua e
dirección tangencial al rodete; de tal
manera que puede entrar a los alabes para
empujarlos, y así producir el giro del eje.
Rodete Pelton.
El rodete Pelton es el encargado de la
transformación de la energía cinética en
trabajo útil al eje. Después de que el agua
haabandonado la tobera, y en el instante
que comienza a entrar a la cuchara, se
puede establecer la configuración
vectorial con las velocidades
involucradas.
Al moverse el agua por la cuchara, se
efectúa una variación continua de

dirección en el chorro. La interacción
entre el agua y el álabe hace que se
produzca un empuje en el álabe, pero a la
vez el álabe desvía el chorro,produciendo
una reacción igual y contraria; reacción
cuya componente horizontal es en
realidad la fuerza que mueve las cucharas
en la dirección de la velocidad U.

dirección radial. (Fc)
Para la fuerza centrífuga, si suponemos
que el rodete se para por un momento y
que una paleta recibe todo el impacto, se
tiene la siguiente relación.

1000 ⋅ Q
⋅ ( c1 ⋅ cos β 2 − c1 ⋅ cos β1 )
g
Donde:
Fh =Fh = fuerza del chorro [Kgf]
Q = caudal de agua [m3/s]
g = aceleración de gravedad [m/s2]
c1 = velocidad absoluta del chorro de la
tobera [m/s]
β1 = ángulo de salida del agua de la
cuchara.
β2 = ángulo de entrada del agua.
u = velocidad tangencial del rodete [m/s].
n = revoluciones del rodete (que para
efectos de cálculo se tomó como 1500
r.p.m.)
D = Diámetro del rodete.
Para eleste caso: c1 =42,5 [m/s] y Q =
0,03035 [m3/s].
Tomando valores estándar de ángulos de
entrada y salida del álabe, se tienen:
β1 = 168° y β2 =10°
Memoria de Cálculo Rodete Pelton:

por tanto: Fh= 258, [Kgf] ≅ 2532 [N]

Al momento de realizar la memoria de
cálculo lo primero que se debe hacer es
identificar el tipo de esfuerzos está
sometida nuestra pieza.

La fuerza radial centrífugase calcula de
la siguiente forma:

Nuestra pieza está sometida a esfuerzos
de tipo radial y tangencial.
1) La fuerza debida al chorro de agua.
(Fh)
2) La fuerza debida a la masa del rodete
por la aceleración centrífuga en

m ⋅u2
Rp
Donde:

Fc =

Fc = Fuerza radial centrifuga.
m = masa de la cuchara de acero (por
calculo apróx. Se tiene 0,7 Kg. Por álabe)

Rp = radio del puntomas exterior del
rodete (para nuestro caso es 189 mm ).

concentran los mayores esfuerzos.

Se tiene: Fc = 0,7*20,82/0,189 = 1604,4
[N]

Tenemos que esta zona se encuentra en la
H de agarre de la cuchara a los platos de
sujeción.
Así tenemos que:
h = 28,5 [mm]
c = 189 [mm]
b = 16 [mm]
L = 48 [mm]
Con lo que obtenemos:
AR = Área de menor sección
I = Momento de Inercia de lasección
A-A

I=

b ⋅ h3
12

W: Módulo resistente
W=

I
c

Mfmax : Momento flector máximo
M fmáx = Fh ⋅ L

Se tiene así que:

Esfuerzos estáticos debido a fuerza
centrífuga y de chorro:

Debemos considerar la sección de menor
área en el álabe que es donde se

AR = 4,56x10-4 [m2] I = 3,087x10-8 [m4]
W = 2,166x10-6 [m3] Mfmax = 121,5
[Nm]
Los esfuerzos presentes en la sección...