Diseño y construccion de una turbina pelton

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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA TURBINA PELTON
PARA GENERACIÓN ELÉCTRICA, CAPACIDAD 2 KW.

ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO Y MECÁNICO DE LA
TURBINA, MEDIANTE MODELOS.

2.1

INTRODUCCIÓN

Las consideraciones generales de similitud hidráulica aplicadas a las turbinas,
intenta describir el funcionamiento de una máquina dad, por comparación son el
funcionamiento experimentalmenteconocida – de otra máquina modelo, o bien de la
misma máquina bajo condiciones de operación modificadas como variación de
velocidad de rotación o en el salto.

2.2

SEMEJANZA CON MODELOS

El comportamiento de prototipo de turbina hidráulica de se analiza a partir de
ensayos realizados con modelos, para estos ensayos existen tres condiciones de
semejanza:

138

1) Semejanza geométrica2) Semejanza cinemática
3) Semejanza dinámica

Semejanza geometrica.- en la turbina hidraulica requiere que todos los compnentes
de la turbina que estan afectadas por el flujo de agua se analicen a escalacon la
utilización de modelos.

Semejaza cinemática.- analiza el comportamiento de la turbina mediante triangulos
de velocidades en los puntos de entrada y salida de agua en el rodete.Fig. 2.1. - Triángulo de velocidades

Semejanza dinámica.- estudia el flujo de fuerzas debidas a compresibilidad y
de la tension superficial. En las turbinas Pelton intervienen superficies libres, por lo
tanto la fuerza de gravedad es sobresalientecon lo que se debe analizar el número de
froude.

Fr

g L

Fuerza de inercia
Fuerza de gravedad

139

(2.1)

En los ensayos de lasturbinas hidraulicas la ley de la conservacion del
numero de Reynolds es la más importante. Como se utiliza el mismo fluido que en el
prototipo en los ensayos de modelos, “la escala es grande del orden 10 – 40”, los
saltos en los modelos son necesarimente menores que en el prototipo, del orden de 10
a 100 veces menores, lo que destruye la semejanza dinámica 1. Sin embargo como los
valores delnumero de Reynolds son grandes, la influencia de la viscosidad es
insignificante, disminuyendo el rendimiento en el modelo.

2.3

COEFICIENTES DE VELOCIDAD

En el estudio de turbinas hidraulicas se utilizan los coeficientes de
velocidades (absoluta, relativa, periferica, componente meridional de la velocidad
respectiva) que se define como la relacion adimencional entre entre la velocidadrespectiva y el valor

2 g H ,los coeficientes de velocidad se definen en un punto

cualquiera del rodete ofuerza de él.

-

Coeficiente de velocidad absoluta a la entrada del rodete

kc1

-

2 g H

(2.2)

Coeficiente de velocidad relativa a la entrada del rodete

kw1

1

c1

w2
2 g H

TURBOMAQUINAS HIDRAULICAS. Claudio Mataix.

140

(2.3)

-

Coeficiente develocidad meridional a la entrada del rodete

kc1m

c1m
2 g H

(2.4)

Las velocidades son variables según el regímen de funcionamiento, por lo que
los valores de coeficientes de velocidades tambien varian, por condiciones de
funcionamiento las dos turbinas tienen los mismos coeficientes de velocidad
entonces los triangulos de velocidad a la entrada y salida del rodete son semejantes.La relacion de dos velocidades semejantes es :

c1
c1

H
H

cte

(2.5)

Al ser los triángulos semejantes los valores de angulos

y

serán iguales. Si

los triángulos no son semejantes habría choque y el diseño no seria bueno

Al tener dos turbinas geométricamente semejantes tenemos los mismos
coeficientes de velocidad, el momento de realizar el analisis geometrico de dosturbinas debemos considerar que el rendimiento hidraulico del prototipo es igual al
del modelo como se muestra en la ecuación siguiente:

h

(2.6)

h

141

Al tener la velocidad de salida de la turbina cero se analiza los coeficientes de
velocidad de salida sin rotación (C2u=0), para este caso tenemos la siguiente ecuación.

h

H g

C1u u1u

h

H

kC1u ku1 2 g H

g...