“Turbina Pelton”

Universidad Tecnológica de Panamá

Centro Regional de Chiriquí

Facultad de Ingeniería Mecánica

Licenciatura en Mecánica Industrial

“Turbina Pelton”

Elaborado por:

Francisco Josué Meléndez

Asignatura:

Tecnología y Mecánica de Precisión III

Profesor:

Julián Trejos

Grupo:

2LP-221

Fecha de entrega:

Diciembre 2019

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN

CONOZCAMOS LA TURBINA PELTON

HISTORIA

FUNCIONAMIENTO

CLASIFICACIÓN

DISEÑO

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

COMPONENTES

APLICACIÓN

CONCLUSIONES

INFOGRAFÍA

INTRODUCCIÓN

Una turbina es una turbomáquina que convierte la energía de flujo de un fluido (líquido o gas) en energía mecánica por medio de un sistema de cuchillas giratorias. Esta energía mecánica se puede utilizar para alimentar otra máquina o un generador eléctrico. El nombre de turbina fue propuesto por Claude Burdin durante un concurso de ingeniería en 1828. Este nombre proviene de la turbina latina, que significa corriente de Foucault.

Una turbina simple consta de un solo rotor con álabes, que proporcionan intercambio de energía con el flujo. Los primeros ejemplos de turbinas son turbinas eólicas y molinos de agua, es decir, para la energía eólica y la energía hidráulica. Las turbinas son, por lo tanto, un elemento importante para el desarrollo de la energía renovable.

Las turbinas de gas, vapor y agua generalmente tienen una carcasa alrededor del rotor. Esta carcasa conduce el flujo en la dirección deseada, lo que beneficia la eficiencia. Las turbinas de vapor se utilizan en determinadas instalaciones de energía solar térmica de generación eléctrica. Este tipo de turbinas también se utilizan en centrales térmicas que utilizan combustibles fósiles o en centrales nucleares. El reverso de una turbina es un compresor. Los compresores se utilizan en algunas turbinas de gas y están disponibles en dos configuraciones: el compresor radial y el compresor axial, que llevan el nombre de la dirección en la que fluye el fluido durante la compresión.

En el presente trabajo escrito investigamos sobre una de las turbinas más famosas y utilizadas en gran parte de las centrales hidroeléctricas esta es la turbina Pelton. Es uno de los tipos más eficientes de turbina hidráulica las turbinas Pelton están diseñadas para explotar grandes saltos hidráulicos de bajo caudal. Las centrales hidroeléctricas dotadas de este tipo de turbina cuentan, en su mayoría, con una larga tubería llamada galería de presión para transportar al fluido desde grandes alturas.

Cabe destacar que el nacimiento de esta turbina se debe a Lester Allan Pelton fue un inventor estadounidense y mente pionera que tuvo la visión de crear un artefacto que llegaría a revolucionar la mecánica que conocemos actualmente

CONOZCAMOS LA TURBINA PELTON

Una turbina Pelton es uno de los tipos más eficientes de turbina hidráulica. Es una turbomáquina motora, de flujo tangencial (transversal), admisión parcial y de acción. Consiste en una rueda (rodete o rotor) dotada de cucharas en su periferia, las cuales están especialmente realizadas para convertir la energía de un chorro de agua que incide sobre las cucharas.

La geometría de la paleta de Pelton se diseñó de modo que cuando la llanta corriera a la mitad de la velocidad del chorro de agua, el agua abandonara la rueda con muy poca velocidad; por lo tanto, su diseño extrajo casi toda la energía de impulso del agua, lo que permitió una turbina muy eficiente.

Las turbinas Pelton están diseñadas para explotar grandes saltos hidráulicos de bajo caudal. Las centrales hidroeléctricas dotadas de este tipo de turbina cuentan, en su mayoría, con una larga tubería llamada galería de presión para transportar el fluido desde grandes alturas, a veces de hasta más de 1500 metros. Al final de la galería de presión se suministra el agua a la turbina por medio de una o varias válvulas de aguja, también llamadas inyectores, los cuales tienen forma de tobera para aumentar la velocidad del flujo que incide sobre las cucharas.

HISTORIA

Lester Allan Pelton fue un inventor estadounidense que a sus veinte años emigró al estado de California en donde se acababa de descubrir el potencial de explotación que se podía obtener en las minas de oro. En 1853 pasó a trabajar en las minas de oro de Camptonville, Nevada City y Grass Valley. A pesar de su escasa formación, Lester Allan Pelton era un ingenioso minero, con lo que inicialmente aprendió las técnicas empleadas en la época para generar la energía necesaria en el proceso de trituración del mineral y en el bombeo de aire al interior de la mina.

En este momento, muchas operaciones mineras funcionaban con motores de vapor que consumían grandes cantidades de madera como combustible. Algunas ruedas de agua se usaron en los ríos más grandes, pero no fueron efectivas en los arroyos más pequeños que se encontraron cerca de las minas. Pelton trabajó en un diseño para una rueda hidráulica que funcionaría con el flujo relativamente pequeño que se encuentra en estas corrientes.

A mediados de la década de 1870, Pelton había desarrollado un prototipo de madera de su nueva rueda. En 1876, se acercó a la fundición de mineros en la ciudad de Nevada para construir los primeros modelos comerciales en hierro. La primera rueda Pelton se instaló en la mina Mayflower en la ciudad de Nevada en 1878.

Las ventajas de eficiencia de la invención de Pelton fueron reconocidas rápidamente y su producto pronto tuvo una gran demanda. A mediados de la década de 1880, Miners Foundry no podía satisfacer la demanda, y en 1888, Pelton vendió los derechos de su nombre y las patentes de su invención a la Pelton Water Wheel Company en San Francisco. La compañía estableció una fábrica en 121/123 Main Street en San Francisco.

En 1892, la Compañía agregó una sucursal en la costa este en 143 Liberty Street en la ciudad de Nueva York. Para 1900, más de 11,000 turbinas estaban en uso. En 1914, la compañía trasladó la manufactura a un local nuevo y más grande en 612 Alabama Street en San Francisco.

En 1956, la compañía fue adquirida por la compañía Baldwin-Lima-Hamilton, que terminó la fabricación de Pelton Wheels. “Pelton” es una marca registrada de los productos de esa compañía, pero el término es utilizado para la identificación de las turbinas de impulso similares.

FUNCIONAMIENTO

La tobera, boquilla o inyector lanza directamente el chorro de agua contra la serie de paletas en forma de cuchara montadas alrededor del borde de una rueda; el doble de la distancia entre el eje de la rueda y el centro del chorro de agua se denomina diámetro Pelton.

Estas boquillas están dispuestas de manera que el chorro de agua golpee los cubos en los divisores, el centro del cubo donde el chorro de agua se divide en dos corrientes. Las dos corrientes separadas luego fluyen a lo largo de la curva interior del cucharón y salen en la dirección opuesta a la que entró. Este cambio en el impulso del agua crea un impulso en las palas de la turbina, generando un par y rotación en la turbina.

Los chorros de agua a alta velocidad se crean empujando agua a alta presión (como el agua que cae de las cabezas altas) a través de boquillas a la presión atmosférica. La salida máxima se obtiene de una turbina Pelton cuando el impulso obtenido por las cuchillas es máximo, lo que significa que la corriente de agua se desvía exactamente opuesta a la dirección en la que golpea los cubos. Además, la eficiencia de estas ruedas es mayor cuando la velocidad del movimiento de las copas es la mitad de la velocidad del chorro de agua.

La turbina Pelton es un tipo de turbina de impulso, y es la más eficiente en aplicaciones donde se cuenta con un salto de agua de gran altura. Dado que el agua no es un fluido compresible, casi toda la energía disponible se extrae en la primera etapa de la turbina. Por lo tanto, la turbina Pelton tiene una sola rueda, al contrario que las turbinas que operan con fluidos compresibles.

CLASIFICACIÓN

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 instalar turbinas de uno o dos chorros como máximo, debido a la complicada instalación y mantenimiento de los inyectores. Sin embargo, en esta posición, la inspección de la rueda en general es más sencilla, por lo que las reparaciones o desgastes se pueden solucionar sin necesidad de desmontar la turbina.

Disposición Horizontal

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 excavaciones y hasta disminuir al diámetro de la rueda y aumentar la velocidad de giro.

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