Turbinas Pelton Y Francis

TURBINA PELTON
La turbina PELTON debe su nombre al ingeniero norteamericano Lester Allen Pelton (1829-1908), quien en busca de oro en California concibió la idea de una rueda con cucharas periféricas que aprovecharan la energía cinética del agua que venía de una tubería y actuaba tangencialmente sobre la rueda. Por fin en 1880 patentó una turbina con palas periféricas de muy particular diseño,de tal manera que el chorro proveniente de la tubería golpea el centro de cada pala o cuchara con el fin de aprovechar al máximo el empuje del agua.
 
Fig. 1 muestra el esquema básico de una turbina PELTON (cortesia de Microsoft Encarta 2003).
A las cucharas y palas que mencionamos anteriormente se les nombran ÁLABES. El álabe tiene la forma de doble cuchara, con una arista diametral sobre laque incide el agua produciéndose una desviación simétrica en dirección axial, buscando un equilibrio dinámico de la máquina en esa dirección. En las siguientes imágenes veremos y analizaremos la forma del álabe.

fig. 2 En esta foto se puede mostrar a detalle la forma de la pala y la forma en la que incide el chorro en ella. (cortesía de WKV Inc.).
Las dimensiones del álabe son proporcionales aldiámetros del chorro que impacta sobre él; el chorro a su vez está en función del diámetro de la rueda y de la velocidad específica. El diámetro de chorro (do) está entre el 5% y el 12% del diámetro de la rueda (Dp). En la siguiente figura se muestra a detalle la forma del álabe y sus variables correspondientes

fig. 3 figura que muestra a detalle las partes de un álabe PELTON
Elangulo a, ubicado entre las dos caras interiores del álabe es del orden de los 20°, lo ideal seria que fuera igal a 0°, pero, de ser asi, debilitaría la arista media donde pega el chorro y transmite la energía.
El angulo b, ubicado en la salida del álabe esta entre los 8° y los 12°. Se debe de dar salida al agua con la propia forma de del borde de fuga, a la cual ayudan las líneas de "thalweg" .
Los álabesdeben estar colocados lo mas cerca posible a los inyectores, debido a que la distancia hace decrecer la energía cinética del agua.

CLASIFICACIÓN DE LAS TURBINAS PELTON
   Las turbinas PELTON se clasifican generalmente por la posición del eje que mueven, por lo tanto existen dos clasificaciones: EJE HORIZONTAL Y EJE VERTICAL.
DISPOSICIÓN VERTICAL
En esta disposición solo se pueden instalarturbinas de uno o dos chorros como máxmo, debido a la complicada instalación y mantenimiento de los inyectores. Sin embargo, en esta posición, la inspección de la rueda en general es mas sencilla, por lo que las reparaciones o desgastes se pueden solucionar sin necesidad de desmontar la turbina.
    
fig.4 PELTON de 1 chorro eje horizontal.                             fig. 5 PELTON de 2 chorros ejehorizontal.
DISPOSICIÓN VERTICAL
En esta posición se facilita la colocación de alimentación en un plano horizontal y con esto es posible aumentar el número de chorros sin aumentar el caudal y tener mayor potencia por unidad. Se acorta la longitud entre la turbina y el generador, disminuyen las escavaciones y hasta disminuir al diámetro de la rueda y aumentar la velocidad de giro. Se debe hacerreferencia que en la disposición vertical, se hace mas dificil y, por ende, mas caro su mantenimiento, lo cuál nos lleva a que esta posición es más conveniente para aquellos lugares en donde se tengan  aguas limpias y que no produzcan gran efecto abrasivo sobre los álabes.

fig. 6 Detalle de una turbina PELTON de eje vertical.

fig. 7 En esta fotografía se muestra la ventaja de tener la posiciónde eje en vertical.

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA RUEDA PELTON
El rodeteo rueda PELTON esta constituido por un disco de acero con álabes, como ya se ha dicho, de doble cuchara ubicados en la periferia de la rueda. Estos álabes puedes estar fundidos con la misma rueda o unidos individualmente por medio de bulones o pernos.
La forma de fabricación mas común es por separado álabes y rueda ya...