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LABORATORIO Nro. 03

POTENCIA AL FRENO DE UNA TURBINA PELTON

RESUMEN

Para un Ingeniero Mecánico Eléctrico es muy importante determinar en qué forma se está

desempeñando una turbina pelton, para lo cual es necesario conocer la forma en que se

pueden determinar sus parámetros de funcionamiento y sus curvas características en función

a los RPM de forma manual, ya que si se diera el caso de obtenerlas del fabricante, nosotros

también debemos saber diseñarlas de forma manual. El presente informe consta de una

descripción de la turbina, relación de equipos y/o materiales utilizados, los procedimientos

seguidos durante y después de los ensayos debidamente detallados, para facilitar la

compresión. Finalmente se establecen las conclusiones y recomendaciones a las que se han

llegado después de realizar la experiencia.

I. SIMBOLOGIA

  : Tempertura del bulbo seco

  : Temperatura del bulbo húmedo

  : Temperatura del agua.

  CAUDAL (Q)

  ALTURA UTIL (Hu) m

  VELOCIDAD TANGENCIAL (U) m/seg

  VELOCIDAD ABSOLUTA (C1) m/seg

  TORQUE(T) kg-f/m

  VELOCIDAD ANGULAR (W) rad/seg

  POTENCIA DEL AGUA ( H   ) HP

  POTENCIA DEL RODETE ( H   ) HP

  POTENCIA AL FRENO ( ): HP

  EFICIENCIA MECANICA   (ɳ    )

  EFICIENCIA HIDRAULICA (ɳ    )

  EFICIENCIA TOTAL (ɳ   )

  : Peso especifico.

II. CONDICIONES AMBIENTALES

  = 17 °C

  = 14 °C

  = 13 °C

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III. OBJETIVO

Determinar la potencia al freno de una turbina Pelton

IV. MARCO TEORICO

4.1.TURBO MÁQUINA:   Son máquinas rotativas que permiten una transferencia energética

entre un fluido y un rotor provistos de álabes o paletas, mientras el fluido pasa a través de

ellos la transferencia de energía tiene su origen en una gradiente de presión dinámica que

se produce entre la salida y la entrada del fluido en el rotor. Si la transferencia de energía

se efectúa de la maquina el fluido se le da el nombre genérico de “Bomba”; si por el

contrario el fluido cede energía al rotor de la máquina se denomina “Turbina”. En la

primera denominación figuran no sólo las maquinas conocidas comercialmente con el

nombre de bombas, cuyo fluido de trabajo es el agua, sino también toda. turbo máquina

que sirve para imprimir energía a un fluido como compresores, abanicos, sopladores, etc.;entre las turbinas figuran las hidráulicas, de vapor, de gas, etc.

4.2.TURBINAS HIDRÁULICAS:   En la actualidad, los motores hidráulicos que se utilizan

exclusivamente en centrales eléctricas, son las denominadas turbinas hidráulicas, cuyo

principio de funcionamiento es el mismo que el de las ruedas hidráulicas; sin embargo, sin

embargo se diferencian en su construcción y en las mayores velocidades obtenidas en las

turbinas, de forma que su eficiencia es mucho más elevada que el de las ruedas

hidráulicas, y además pueden construirse para potencias mucho mayores.

4.3.MOTORES HIDRÁULICAS:   Se denominan, en general, motores hidráulicos a los queaprovechan la Energía Cinética producida por el movimiento del agua a desplazarse entre

dos alturas diferentes; es decir, los que aprovechan la energía cinética del agua al caer

desde una gota elevada a otra cota más baja. El más antiguo de los motores hidráulicos es

la rueda hidráulica que está constituida por una serie de palas dispuestas en forma de

rueda; el agua, al caer, choca contra las paletas e impulsa a estas con lo que se consigue el

movimiento de la rueda.

4.4.TURBINA PELTON: Las turbinas Pelton, conocidas también como turbinas de presión por

ser ésta constante en la zona del rotor, de chorro libre, de impulsión, de admisión parcial

por atacar el agua sólo una parte de la periferia del rotor. Así mismo entran en el grupo

de las denominadas turbinas tangenciales y turbinas de acción. Las turbinas Pelton,

conocidas también como turbinas de presión por ser ésta constante en la zona del rotor,

de chorro libre, de impulsión, de admisión parcial por atacar el agua sólo una parte de la

periferia del rotor. Así mismo entran en el grupo de las denominadas turbinas

tangenciales y turbinas de acción.

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V. EQUIPOS UTILIZADOS

TURBINAPELTÓN

MarcaAltura   28 m

Potencia   2 Kw

MOTOBOMBA   MotorELECTRICO

Potencia   3 HP

Velocidad   3600 R.P.M.

Trifásico   380 Volt.

Manómetro   Rango: 0-100-PSI

Tacómetro   Rango: 0-4000-R.P.M

Dinamómetro   Rango: 0-8 Kg.

Vertedero   triangular

Escala: 0-22 cmθ = 90°

VI. PROCEDIMIENTOS

1. Precauciones antes de encender el equipo

a) Verificar el nivel de agua en el tanque

b) El volante o polea debe estar libre, es decir, la faja del freno no debe estar ajuntado

c) La válvula de descarga debe estar en posesión totalmente abierta

d) La aguja del inyector debe estar en posesión totalmente abierta

e) Debe chequearse el cero de linnímetro

2. Encender la bomba

3. Para dicha prueba anotar los datos de la velocidad, altura del linnímetro y fuerza en el

dinamómetro al frenar la polea

Repetir lo anterior.

VII. TOMA DE DATOS

MEDICION N (RPM) DINAMOMETRO

(kg-f)

LINNIMETRO

(mm)

DIAMETRO DEL

RODETE (cm)

PRESION

(bar)1   1800 0.1 70 20 1.8

2   1600 0.2 70 20 1.8

3   1400 0.3 70 20 1.8

4   1200 0.4 70 20 1.8

5   700 0.6 70 20 1.8

6   300 0.8 70 20 1.8

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VIII. CALCULO DETALLADO PARA UN PUNTO EN PARTICULAR

PARA LA MEDICION 01:

  CALCULO DEL CAUDAL (Q): Con una altura de 70 mm=0.07m.

=   ∗   / →

= 1.416 ∗ 0.07   /

= 0.00183 /

  CALCULO DE LA ALTURA UTIL (Hu):Con una presión de 1.8 bar=18354.888  kg-f /

=

=18354.888   −   /

1000   −   /

= 18.354

  CALCULO DE LA POTENCIA DEL AGUA (   )

H = γ. Q . H

76

H = 1000

 kg

m   × 0.00183

m

seg . × 18.354m76

  = 0.44 HP

  VELOCIDAD TANGENCIAL (U): Con diámetro del rodete=0.20m, 1800RPM.

U =πDN

60

=× 0.20 × 1800

60 .  = 18.85 /

  VELOCIDAD ABSOLUTA (C1): Con un Cd=0.98

C = Cd 2g H

= 0.98 2 × (9.81 /   ) × 18.354 = 18.59 / .

  CALCULO DE LA POTENCIA AL RODETE ( ): Con K=0.9, β   =   10

H = Q ∗ r ∗ U ∗ (C   − U) ( 1 + K ∗   COS β   )76

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H =0.00183 ∗ 1000

 kg

m  ∗ 18.85m/seg. (18.59 m/seg− 18.85m/seg)   1 + 0 . 9 ∗  COS 10°

76

H = 0.22 HP

  POTENCIA AL FRENO ( ):

= (T ∗ W)/76

T= f*R (Con radio de la polea 0.05m, con f= 0.1 kg-f 

= 0.1   ∗ 0.05

= 0.005   −   /m

W=   /seg

1800 RPM= 60 rev/seg = 376 .991   /seg

W = 376 .991   /seg

=0.005   −   /   ∗ 376 .991 /

76

= 0.025 HP

  EFICIENCIA MECANICA (ɳ    )

ɳ    =H

ɳ    =0.025

0.22

ɳ    = 0.113 × 100% = 11.3%

  EFICIENCIA HIDRAULICA (ɳ   )

ɳ    =H

ɳ    =0.22

0.44

ɳ    = 0.5 × 100% = 50%

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  EFICIENCIA TOTAL( ɳ   )

ɳ    =H

ɳ    =0.025

0.44

ɳ    = 0.56 × 100% = 56%

IX. CUADRO DE RESULTADOS

RPM

 ALTURAUTIL (Hu)

m

VELOCIDADTANGENCIA

L(U)   /

VELOCIDAD

 ABSOLUT A

(C1)   /

TORQUE(T) kg-

f /

VELOCIDAD ANGULAR

(W) rad/

1800

18.354 18.85 18.59 0.005 376.991

1600

18.354 16.75 18.59 0.01 167.55

1400

18.354 14.66 18.59 0.015 146.58

1200

18.354 12.56 18.59 0.02 125.66

700   18.354 7.33 18.59 0.03 73.3300   18.354 3.14 18.59 0.04 31.41

RPM CAUDAL

(Q)

/

POTENCIA

DEL AGUA

( ) HP

POTENCIA

DEL

RODETE

( ) HP

POTENCIA

 AL FRENO

( ) HP

EFICIENCIA

MECANICA

(ɳ    ) %

EFICIENCIA

HIDRAULICA

(ɳ   ) %

EFICIENCIA

TOTAL(

ɳ   )

%

1800  0.00183 0.44 0.22 0.025 11.3 50 5.6

1600   0.00183 0.44 1.4 0.022 1.57 318.1 5.0

1400   0.00183 0.44 2.61 0.028 1.07 593.1 6.3

1200   0.00183 0.44 3.44 0.033 0.96 781.8 7.5

700   0.00183 0.44 3.75 0.028 0.746 852.2 6.3

300   0.00183 0.44 2.20 0.0165 0.75 500 3.75

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X. GRAFICOS

Vs T

Vs T

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.045

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

    T     O    R     Q    U    E

POTENCIA DEL AGUA

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.045

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

    T     O    R     Q    U    E

POTENCIA DEL RODETE

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9/12

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Vs T

ɳ    Vs RPM

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.045

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035

    T     O    R    U    E

POTENCIA AL FRENO

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 2 4 6 8 10 12

    R    P    M

EFICIENCIA MECANICA %

Series1

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ɳ    Vs RPM

XI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

Para regular la velocidad se puede colocar una válvula de compuerta en la tubería de llegada

esto ajustaría la salida del agua a la demanda de energía, pero como todo tiene sus

inconvenientes este caso no es la excepción ya que al hacer esto se desprecia mucha energía

y como se reduce la carga en la boquilla del chiflón hay una perturbación de velocidad y esto

reduce la eficiencia del motor a la que esta acoplada la rueda.

RECOMENDACIONES

  Colocar un tanque de aforo para calcular el caudal exacto.

  Más instrumentos para realizar el laboratorio y mejorar la calidad de estudio.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 200 400 600 800 1000

    R    P    M

EFICIENCIA HIDRAULICA %

Series1

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XII. ANEXOS

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