turbinas pelton

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,creando un 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 comúnde este tipo 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 depaso. En la figura 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 objetode aumentar la potencia 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 quesoporta unas cucharas con doble 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
2posibles, tal y como indican 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 cucharassu resistencia a la fatiga es importante 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 consideradapara
alturas mayores a 150 metros. 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 esconvertir la energía cinética del chorro 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...