Turbina Pelton

ÍNDICE

TURBINA PELTON

Introducción

La mecánica de fluidos estudia los sistemas con fluidos como líquidos o gases bajo cargas estáticas y dinámicas. La mecánica de fluidos es una rama de la mecánica continua, en la que la cinemática y el comportamiento mecánico de los materiales se modelan como una masa continua en lugar de partículas discretas. La relación de la mecánica de fluidos y la mecánica continua ha sido discutida por Bar-Meir (2008). En la mecánica de fluidos, el dominio continuo no tiene ciertas formas y geometría como los sólidos y, en muchas aplicaciones, la densidad del fluido varía con el tiempo y la posición.

Muchas disciplinas científicas tienen interés en la mecánica de fluidos. Dado que la Tierra está cubierta en un 75 % por agua y en un 100 % por aire, el alcance de la mecánica de fluidos es muy amplio y tiene numerosas aplicaciones en ingeniería y actividades humanas. Los físicos estudian el flujo de gases a temperaturas extremadamente altas a través de campos magnéticos en busca de un método aceptable para aprovechar la energía de las reacciones de fusión nuclear. Los ingenieros están interesados en la mecánica de fluidos debido a las fuerzas que producen los fluidos y que pueden utilizarse con fines prácticos. Algunos de los ejemplos más conocidos son la propulsión a chorro, el diseño de perfiles aerodinámicos, las turbinas eólicas, etc. pero también hay aplicaciones que reciben menos atención, como el diseño de válvulas cardiacas mecánicas.

El movimiento de fluidos se describe mediante las ecuaciones de conservación de masa, momento y energía; estas ecuaciones se denominan comúnmente ecuaciones de Navier-Stokes. Las ecuaciones básicas del movimiento de fluidos son demasiado difíciles de aplicar a configuraciones geométricas arbitrarias. Es posible aplicar técnicas numéricas a geometrías complejas, esta rama de la mecánica de fluidos se denomina mecánica de fluidos computacional. Hoy en día, la dinámica de fluidos computacional se ha aplicado ampliamente para resolver diferentes problemas de mecánica de fluidos en la industria aeroespacial, automotriz, de calefacción, ventilación y aire acondicionado, procesos de fabricación e hidrodinámica.

La viscosidad es una propiedad interna de un fluido que ofrece resistencia al flujo. La viscosidad aumenta la dificultad de las ecuaciones básicas. También tiene un efecto desestabilizador y da lugar a fenómenos desordenados y aleatorios llamados turbulencias.

La turbina Pelton es un tipo de turbina de impulso que convierte la energía del agua (energía cinética y potencial del agua) en energía mecánica. Posteriormente esta energía mecánica se puede convertir en energía eléctrica con la ayuda de un alternador eléctrico. La rueda Pelton fue inventada por Lester Allan Pelton en 1870.

Una turbina de impulso es un tipo de turbina en la que toda la energía cinética del agua se convierte en energía mecánica de la turbina mediante un impulso directo del agua a los cubos de la turbina. Es diferente a las turbinas de reacción (turbina Kaplan, turbina Francis, etc.) donde la energía del agua se convierte en energía mecánica de la turbina en algunas etapas. Hay algunos puntos importantes sobre las turbinas Pelton:

• Requieren una cabeza de agua de más de 300 metros para su funcionamiento
• Su velocidad específica se encuentra entre 8,5 y 51
• Tienen una potencia de 10 a 300 MW

En la práctica, con frecuencia son necesarias simplificaciones drásticas para encontrar soluciones analíticas debido a la complejidad de los fenómenos de flujo de fluidos reales.

Objetivos de la práctica

Objetivo general

• Analizar el comportamiento de la turbina Pelton bajo ciertos parámetros que influyen en su funcionamiento, mediante la comprensión de sus componentes de instalación y el entendimiento de su mecánica de trabajo permitiendo hacer las pruebas, verificar y estudiar a dichas turbinas frente a diferentes variables de aplicación de la mecánica de fluidos.

Objetivos específicos

• Analizar el funcionamiento y las particularidades específicas de la turbina Pelton.
• Determinar las variables más significativas que describen el funcionamiento de la turbina Pelton (par, potencia y rendimiento) en varias situaciones de trabajo en materia de mecánica de fluidos.
• Representar gráfica y matemáticamente las curvas de par, potencia y rendimiento en función del régimen de trabajo para distintas posiciones de la aguja de la tobera de la turbina Pelton.

Pregunta de investigación

• ¿Cómo se comporta la turbina de Pelton?

En la turbina Pelton, el agua golpea en el centro de dos medias cucharas, llamadas cazoletas. El chorro de agua proviene de uno o más inyectores de alta presión y es desviado en casi 180 grados dentro de las cazoletas. Como resultado, casi toda la energía cinética del agua se transfiere al rodete de la turbina y por lo tanto se convierte en energía mecánica. Esto a su vez es utilizado para producir energía eléctrica a través del generador.

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