UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE ING. MECÁNICA-ENERGÍA
TEMA: turbina Pelton
CURSO: laboratorio de energía I
ESCUELA: Ing. En energía
PROFESOR: Gutiérre
I!TEGRA!TES:
Pe"a C#in$#a% &in'er(... )*+,-/b0 Fran1 E2$udero L34e(( )*+,+5670 &ero2 C#89e Feli4e((... )**--6A0
,*-,;A
INDICE
Objetivos……………………………………………………………………………….. pág. 2
Fundamento teórico………………………………………………………………….. pág. 2
Equipos…………………………………………………………………………………pág.
!rocedimiento…………………………………………………………………………pág. ""
Cá#cu#os $ resu#tados………………………………………………………………..pág. "%
Observaciones………………………………………………………………………..pág. 2&
Conc#usiones………………………………………………………………………….pág. 2'
(ib#iogra)*a……………………………………………………………………………. pág. 2'
1
INDICE
Objetivos……………………………………………………………………………….. pág. 2
Fundamento teórico………………………………………………………………….. pág. 2
Equipos…………………………………………………………………………………pág.
!rocedimiento…………………………………………………………………………pág. ""
Cá#cu#os $ resu#tados………………………………………………………………..pág. "%
Observaciones………………………………………………………………………..pág. 2&
Conc#usiones………………………………………………………………………….pág. 2'
(ib#iogra)*a……………………………………………………………………………. pág. 2'
1
+,-(IN !E/+ON !E/+ON Objetivos
•
Hacer un estudio del comportamiento de la turbina Peltón, a una determinada
•
altura y caudal. Encontrar las curvas pedidas utilizando el generador
Fundamento teórico
+urbina !e#tón La turbina Peltón fue inventada por Lester A. Peltón. Esta turbina se define como una turbina de acción, de flujo tangencial tangencial y de admisión parcial. Opera ms eficientemente en condiciones de grandes saltos, bajos caudales y cargas parciales. !artes de #a turbina !e#tón Distribuidor Es el elemento de transición entre la tuber!a de presión y los inyectores. Est "ec"o por un inyector o varios inyectores #ue pueden llegar a ser "asta seis. El inyector consta de una tobera de sección circular provista de una aguja de regulación #ue se mueve a$ialmente, variando la sección de flujo. %i se re#uiere una operación rpida para dejar al rodete sin acción del c"orro, se adiciona una placa deflectora, as! la aguja se cierra en un tiempo ms largo, reduciendo los efectos del golpe de ariete. En las turbinas pe#ue&as se puede prescindir de la aguja y operar con una o ms toberas, con caudal constante. -odete Es de admis admisión ión parci parcial al,, depe depend nde e del del n'me n'mero ro de c"orro c"orros s o de inyect inyectore ores. s. Est Est compuesto por un disco provisto de cuc"aras montadas en su periferia. Las cuc"aras pueden estar empernadas al disco, soldadas o fundidas convirti(ndose en una sola pieza con el disco. Esta turbina puede instalarse con el eje "orizontal con ) o * inyectores, y con el eje vertical con + a inyectores.
2
0e#ección de #a turbina -e acuerdo al es#uema antes mostrado de una micro central, la potencia generada se obtiene de las siguientes formulas
PE / P.n01.n2....................................... 3).)4 P/ 5g6H789 / PE870172/6H78):*;;;;;. 3).*4 721 /7.701.72;;;;;;;;;;;;;;;;;.. 3).+4 -onde PE Es la potencia en los bornes del generador, 9< P es la potencia al eje de la turbina, 9< 6 es el caudal de la turbina en m+8s
3
H es el salto neto en metros 5 es la densidad del agua, )::: =g8m+ 7 eficiencia de la turbina, adimensional 701 es la eficiencia de la transmisión, adimensional 72 eficiencia del generador, adimensional 721 es la eficiencia del grupo de generación, adimensional 9 es una constante, donde 9 es )::: >89< g es la gravedad
En relación a la determinación del salto neto, se puede proceder del siguiente modo
0urbinas de reacción H / Hb ? @H0 0urbinas de acción H/ Hb @H0 ? Hm
-onde 1b es el salto bruto, metros 1+ es la altura de p(rdidas en la tuber!a de presión, en metros 1m es la altura de montaje de la turbina en metros.
En caso de #ue la turbina no accione un generador el(ctrico, sino otra m#uina operadora, como una bomba, un molino, etc., se deber conocer la eficiencia, potencia y otros datos de dic"a m#uina, utilizndose las mismas formulas anteriores.
". !otencia de# agua 31!a4 Es a#uella suministrada por el agua, debido a una caida desde una altura determinada, "acia la turbina, se calcula mediante la siguiente e$presión
HPa γ . Q . H u =
-onde
γ : Peso Especifico
3
γ =1000 N / m
4
Q : Caudal
Hu : AlturaUtil
2. !otencia de# rodete 31!r4 Es la potencia #ue el rodete aprovec"a de la potencia del agua y a la vez transmitida "acia el eje. Es calculada mediante la siguiente e$presión
HPr=Q . ρ . u . ( C 1−u ) . ( 1 + k . cos ( β 2))
-onde
C 1 =C d . √ 2 . g . H u
u=
2. π.RP 60
k =0.9 C d =0.98
β2= 10 !
##
"=11.375 = 0.2889 m : de$sidad
U : %elocidad ta$ge$cial
C 1 : %elocidad del c&orro
k : Co$sta$te dedise'o de ala(es
N : RP
5. !otencia a# )reno 3(1!4
5
Es a#uel producido por el eje debido a la cedida por el rodete. %e calcula por
)HP =* . +
-onde
* = , . R
, : ,uer-a de fricci$
+ : /elocidad a$gular
R : Radio del %ola$te
# #
R=6 = 0.1524 m
%. E)iciencia mecánica 3
$m
4
Es la #ue se produce debido a las p(rdidas mecnicas entre el rotor y el eje de la turbina ocasionada por fricción en los cojinetes y otros elementos. Biene dado por
$m =
)HP HPr
6. E)iciencia 7idráu#ica 3
$&
4
Es la #ue se produce debido a las perdidas "idrulicas entre el c"orro de agua y el rotor ocasionadas por la fricción en los labes. Biene dada por
$&=
HPr HPa
8. E)iciencia tota# 3
$t
4
Es la eficiencia de toda la turbom#uina, dada por
$t =
)HP HPa
6
Equipos
•
+urbina !e#ton9
Carca Armfield Hydraulic Engineering, England.
0ipo O Pelton C9*
%erie *:) ? )
Altura )D pies F G + m
Belocidad )):rpm
Potencia HP
7
•
:otobomba9 Cotor Ieuman tipo *) -- )JJ) IK P*D:) Potencia D.HP Belocidad +::rpm Boltaje **:B Mases + fases Mactor de servicio ).) omba %igmund punps Ltd. 0ipo I ? IL+ %erie )D+:
•
:anómetro9 N"alinco
8
1ango : ? ):: m. H *O
+acómetro9 Carca %mit" 1ango : ? *:: rpm
Apro$ ) m. H *O
Apro$ : rpm
9
•
;ertedero9
>eirs triangular Escala : ? +: cm α / :K
Apro$ :.)mm Nd / :.
+acómetro9 Carca 0esto Apro$imación :.:) rpm
10
(a#an
Apro$imación ) 9g
11
!rocedimiento
". Precauciones antes de encender el e#uipo
a. La aguja o punzón debe estar en posición totalmente abierta. b. -ebe c"e#uearse el cero del linn!metro.
2. Encender la bomba.
5. Abrir la vlvula a la salida de la bomba y seleccionar una altura "idrulica #ue ser constante durante el ensayo, mediante la aguja inyectora.
%. Para dic"a altura toman datos de la velocidad y de la altura en el linn!metro.
12
6. Nolocar la faja del freno y colocar una pesa en la misma, esperar en cierto tiempo la estabilización y tomar datos de la velocidad, de la altura en el linn!metro, de la fuerza en el dinamómetro, la cantidad de focos encendidos y de las pesas.
8. 1epetir lo anterior para otra altura "idrulica.
C/C,/O0 = -E0,/+DO0
13
D+O09 !3bomba4>?!si d3bra&mm !3)oco4>8?@
FOC OS 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
PRESION (Psi) 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50
h(mm) 98 98 98 98 98 98 98 98 98 98 98
P(kgf) 45 59 70 81 90 96 102 108 111 116 118
N(rpm) 1398 1351 1298 1259 1214 1175 1142 1120 1100 1081 1064
FOC OS 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
PRESION (Psi) 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40
h(mm) 105 105 105 105 105 105 105 105 105 105
P(kgf) 11 24 36 45 54 62 65 69 735 78
N(rpm) 1301 1265 1234 1186 1166 1140 1130 1104 1087 1065
FOC OS 0 2 4
PRESION (Psi) 30 30 30
h(mm) 110 110 110
P(kgf) 01 12 22
N(rpm) 1159 1132 1104
14
HPh
a. C8l$ulo de la Poten$ia #idr8uli$a ) HPh =
!"#$%&
0
γ QHu n
'PhP"%#*i+ hi$r,-.i*+ ('P) γ P%s" %sp%*/*" ( ρg9810Nm3)
C+-$+. (m 3s) '- .-r+ i. (m' 2O) # F+*"r $% *"#%rsi# (7461'P) :+ +.-r+ i. %s .+ .%*-r+ ;-% s% "<i%#% $% .+ .%*-r+ $%. m+#m%r" ;-% %s, %# .+ %#r+$+ $% .+ -r+ i#=%*"r+? C"m" %. m+#m%r" %s, gr+$-+$" %# psi $%<%m"s r+#sf"rm+r.+ + mH2O& 1 psi = 6897 .2285 Pa
γ = 9810
N m3
1 Psi <> 0.70308mH 2 O
P"r ." +#" .+s +.-r+s -i.i@+$+s s"#&
PRAEB 1 2 3
PRESION(psi ) 50 40 30
'-(m'2 O) 35154 281232 210924
El caudal lo obtenemos mediante la altura medida en el linnímetro (h), ya ue !ara el "ertedero de #eirs, la $%rmula es&
15
Q = 1,'16h5 2
os caudales utiliados son&
Pr-%<+
h(mm)
(m3s)
98
000425724 3
105
000505867 2
110
000568257 2
1 2 3
b. C8l$ulo de la Poten$ia del rodete )&Pr0 HPr = ρ QU ( C 1 − U )(1 + KCosβ 2 )
U =
*onde&
π DN 60
∧
C 1 = Cd 2 gHu
+r - otencia del rodete (#)
ρ - *ensidad del aua (1000 /m3) A %."*i$+$ +#g%#*i+. (ms) C1 %."*i$+$ +
* - *imetro del rodete (11.37540,288925 m)
N %."*i$+$ $% r"+*i# $%. r"$%% (RPG) C$ C"%*i%#% $% %."*i$+$ (098)
$. C8l$ulo de la Poten$ia al
En este caso se utili% un banco de resistencias (lm!aras incandescentes) !ara simulara la !otencia al $reno. a "ariaci%n de la cara, !roducía un cambio en el torue del enerador elctrico, lo cual era ca!tado !or un sensor !ieoelctrico del ue se tomaron las lecturas de "olta6e mediante un multímetro, estos a su "e re!resentan un "alor en / de la $uera !roducida !or el cambio de torue. sí tenemos ue&
BHP = T × ω
ω =
T = F × d ∧
*onde&
π N 30
+ - otencia al $reno (#)
H H"r;-% (Nm) ω %."*i$+$ +#g-.+r $%. %>% (r+$s)
F F-%r@+ m%$i$+ p"r %. s%#s"r pi%@"%.*ri*" (m → kg → N) $ !is+#*i+ %#r% %. %>% = %. s%#s"r (m)
d. C8l$ulo de la E>$ien$ia Me$8ni$a )
0
'
BHP
ηm =
HPr
e. C8l$ulo de la E>$ien$ia &idr8uli$a ) #0
η h
=
HPr HPh
<. C8l$ulo de la E>$ien$ia Total ) T0
η t
=
BHP HPh
17
RESULTA?OS 1?J P+r+ ('- 35?154 m' 2O ∧ 0004257243m3s) +) C,.*-." $% 'Ph HPh =
1000 × 9.81 × 0,00'2572'3 × 35.15' 7'6
HPh = 1.9680 HP <) C,.*-." $% 'Pr C 1 = 0,98 2 × 9,81 × 35.15' C 1 = 25.7373
m s
N f"*"s
N (RPG)
A (ms)
'Pr (K)
0
1398
2
1351
4
1298
6
1259
8
1214
7792548 86975594 5 96206971 2 10234044 3 10872281 1
10
1175
21149102 20438080 7 19636290 7 19046294 3 18365529 2 17775532 8
12
1142
14
1120
16
1100
18
1081
20
1064
17276305 16943486 6 16640924 3 16353490 2 16096312 2
11365211 11738637 8 11965350 7 12156015 2 12323527 9 12462159 9
'Pr ('P) 10445774 8 11658926 9 12896376 8 13718558 1 14574103 4 15234867 3 15735439 4 16039344 1 16294926 6 16519474 4 16705308 2 18
*) C,.*-." $% B'P N f"*"s
N (RPG)
P (kgf)
P (N)
H (Nm)
1463985 6 1414767 2 1359265 6 1318424 8 1271300 8
0
1398
45
44145
2
1351
59
57879 4514562
4
1298
70
6
1259
81
8
1214
90
10
1175
96
12
1142
102
123046 1195902 100062 7804836 4
14
1120
108
105948 8263944 1172864
16
1100
111
108891 8493498
18
1081
116
20
1064
118
6867
344331
ω (r+$s)
535626
79461 6197958 8829
688662
94176 7345728
115192 1132023 113796 8876088 2 1114220 115758 9029124 8
B'P ('P) 0675731 4 0856173 49 0975949 06 1095380 9 1173587 87 1211611 86 1251182 59 1299260 38 1311505 39 1346908 52 1348584 15
T 92 ! 10 9 8 7 6 T )!.'0
f(L) J 0?02L M 26?52 R 0?99 H
5 4
:i#%+r (H)
3 2 1 0 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 ! )RPM0
19
=&P 92 ! 1?6 1?4 1?2
f(L) J 0L2 M 0?01L J 2?78
1 =&P )&P0
B'P
0?8
P".=#"mi+. (B'P)
0?6 0?4 0?2 0 100010501100115012001250130013501400 ! )RPM0
$) C,.*-." $% %*i%#*i+s
N f"*"s
N (RPG)
0
1398
2
1351
4
1298
6
1259
8
1214
10
1175
12
1142
14
1120
ηm
ηh
η H
0646894 48 0734350 17 0756762 2 0798466 5 0805255 62 0795288 75 0795136 74 0810045 83
0530781 24 0592425 15 0655303 7 0697081 2 0740554 03 0774129 44 0799565 01 0815007 32
0343359 45 0435047 51 0495909 07 0556595 99 0596335 3 0615656 43 0635763 51 0660193 28 20
16
1100
18
1081
20
1064
0804855 0827994 0666415 05 24 34 0815345 0839404 0684404 86 19 73 0807278 0848846 0685256 82 96 17
EFICIE!CIAS 92 ! 0?9 0?8
EFICIE!CIAS
0?7
#m
0?6
P".=#"mi+. (#m)
0?5
#h
0?4
P".=#"mi+. (#h)
0?3
#H P".=#"mi+. (#H)
0?2 0?1 0 1000
1100
1200
1300
1400
! )RPM0
2? P+r+ ('- 28?1232 m' 2O ∧ 0?005058672 m 3s) +) C,.*-." $% 'Ph HPh =
1000 × 9.81 × 0.005058672 × 28.1232 7'6
HPh = 1.8708 HP
<) C,.*-." $% 'Pr
21
C 1 = 0,98 2 × 9,81 × 28.1232 C 1 = 23.02
N f"*"s N (RPG)
m s
A (ms)
0
1301
19681675
2
1265
191370629
4
1234
186680914
6
1186
17941942
8
1166
176393798
10
1140
172460488
12
1130
170947677
14
1104
167014368
16
1087
164442588
18
1065
161114403
'Pr (K) 6269662 34 7090700 11 7752346 28 8694019 03 9056682 31 9502025 71 9665449 76 1006991 15 1031840 33 1062124 34
'Pr ('P) 0840437 31 0950495 99 1039188 51 1165418 1 1214032 48 1273729 99 1295636 7 1349854 08 1383163 98 1423759 17
22
&Pr 92 ! 1?6 1?4 1?2
f(L) J 0L2 M 0L M 0 R 1
1 'Pr
&Pr )&P0 0?8
P".=#"mi+. ('Pr)
0?6 0?4 0?2 0 1000
1100
1200
1300
1400
! )RPM0
*) C,.*-." $% B'P N f"*"s
N (RPG)
P (kgf)
0
1301
11
2
1265
24
4
1234
36
6
1186
45
8
1166
54
10
1140
62
12
1130
65
14
1104
69
16 18
1087 1065
735 78
P (N)
H (Nm) 0779149 99891 8 1699963 217944 2 2549944 326916 8
ω (r+$s)
1362407 2
1324708 1292244 8 1241979 408645 3187431 2 3824917 1221035 490374 2 2 4391571 563022 6 1193808 590265 4604067 4887394 626589 2 5206137 6674535 3 708318 5524880
1183336 1156108 8 1138306 4 1115268
B'P ('P) 0142294 81 0301870 62 0441709 51 0530659 92 0626053 42 0702773 9 0730316 12 0757420 84 0794394 02 0825968 23
4
14
T 92 ! 6 5
f(L) J 0?02L M 27?07 R 0?99
4 T )!.'0
H
3
:i#%+r (H)
2 1 0 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 ! )RPM0
=&P 92 !
=&P )&P0
0?9 0?8 f(L) J 0L2 M 0?01L J 5?28 0?7 R 0?99 0?6 0?5 0?4 0?3 0?2 0?1 0 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400
B'P P".=#"mi+. (B'P)
! )RPM0
24
=&P 92 ! 0?9 0?8
f(L) J 0L2 M 0?01L J 5?28 R 0?99
0?7 0?6 0?5
B'P
=&P )&P0 0?4
P".=#"mi+. (B'P)
0?3 0?2 0?1 0 1000
1100
1200
1300
1400
! )RPM0
$) C,.*-." $% %*i%#*i+s
N f"*"s
N (RPG)
0
1301
2
1265
4
1234
6
1186
8
1166
10
1140
12
1130
ηm
ηh
η H
01693104 4 03175927 4 04250523 4 04553386 6 05156809 5
04492395 3 05080692 7 05554781 4 06229517 3 06489376 1 06808477 6 06925575 7
00760609 4 01613591 1 02361072 8 02836540 1 03346447 6 03756542 1 03903763 7
05517448 05636735 3
25
14
1104
16
1087
18
1065
05611131 2 05743310 5 05801319 2
07215384 2 07393435 8 07610429 6
04048646 8 04246279 8 04415053 1
EFICIE!CIAS 92 ! 0?8 0?7
EFICIE!CIAS
0?6
#m
0?5
P".=#"mi+. (#m) #h
0?4
P".=#"mi+. (#h)
0?3
#H
0?2
P".=#"mi+. (#H)
0?1 0 1000
1100
1200
1300
1400
! )RPM0
3? P+r+ ('- 21?0924 m' 2O ∧ 0?005682572 m 3s) +) C,.*-." $% 'Ph HPh =
1000 × 9.81 × 0.005682572 × 21.092' 7'6
HPh = 1.576 HP <) C,.*-." $% 'Pr
N f"*"s
N (RPG)
0
1159
2
1132
A (ms) 'Pr (K) 'Pr ('P) 1753348 1031161 1382254 3 85 49 1712502 1082119 1450562 39 3 06 1670143 1131186 1516335
26
&Pr 92 ! 1?55 1?5
f(L) J 0L2 M 0?01L M 0 R 1
1?45 &Pr )&P0
'Pr P".=#"mi+. ('Pr)
1?4 1?35 1?3 1100 1110 1120 1130 1140 1150 1160 1170 ! )RPM0
*) C,.*-." $% B'P
N f"*"s
N (RPG)
P (kgf)
P (N)
0
1159
01
0981
2
1132
12
11772
4
1104
22
21582
H (Nm)
ω (r+$s)
B'P ('P) 1213704 0012449 0076518 8 1 1185430 0918216 4 0145909 1156108 0260883 1683396 8 23
27
=&P 92 ! 0?3 0?25 0?2 =&P )&P0
f(L) J 0L2 M 0?03L J 14?22 R 1 B'P
0?15
P".=#"mi+. (B'P)
0?1 0?05 0 1100 1110 1120 1130 1140 1150 1160 1170 ! )RPM0
$) C,.*-." $% %*i%#*i+s
N f"*"s
N (RPG)
0
1159
2
1132
4
1104
ηm
ηh
η H
0009006 0877065 0007899 37 03 17 0100587 0920407 0092581 91 4 85 0172048 0962141 0165535 51 7 05
28
EFICIE!CIAS 92 ! 1?2 1
#m #h
0?8
P".=#"mi+. (#h) #H
EFICIE!CIAS 0?6
:i#%+r (#H)
0?4
P".=#"mi+. (#H) P".=#"mi+. (#H)
0?2 0 1100 1120 1140 1160 1180 !)RPM0
Observaciones
•
%e tomó datos de la balanza apro$imadamente debido a #ue no "ay estabilidad en las agujas.
•
Para medir la altura en el linn!metro se uso un regla la cual no se apreciaba bien el punto de inicio de la toma de datos y se tomo otra medida como referencia.
Conc#usiones
•
Las graficas reales de HP y HPr son de la forma de una invertida, de las graficas obtenidas podemos deducir #ue estamos trabajando en la parte final.
•
-e los grficos observados se concluye #ue la potencia del rodete 3HPr4 disminuye
•
al incrementar las I 31PC4. -e los grficos observados se concluye #ue la potencia al freno 3HP4 disminuye al incrementar las I 31PC4.
29
•
-e los grficos observados se concluye #ue el tor#ue 304
•
incrementar las I 31PC4. -e los grficos observados se concluye #ue las eficiencias disminuye al
•
incrementar las I 31PC4. -e las grficas podemos observar #ue la eficiencia mecnica est por encima de
•
la "idrulica y esta a su vez encima de la total para la )ra. -e las grficas podemos observar #ue la eficiencia "idrulica est por encima de
disminuye al
la mecnica y esta a su vez encima de la total para la *da y +ra prueba.
(ib#iogra)*a A+urbomáquinas 1idráu#icasB, Limusa, C($ico, )D A:anua# de /aboratorioB IQ, Per'
30