EQUIPO # 3

Jesús José Aguirre T. 08060537Ramón Manuel Ortiz C. 08060599

Daniel Boche C. 08060543Alan Steve Montelongo V. 08060590

Cesar Amparan R.07410176Manuel A. Hernández P. 07061305

Álvaro A. Sinaloa C. 07061345Eduardo Grano W. 08060568

TURBINAS PELTON

Fuentes de Ahorro de Energía Ing. Arreguin Carral Guillermo

HISTORIA Lester Allan Pelton

Inventor estadounidense que ideó las modernas turbinas usadas en la generación de energía hidroeléctrica.

Durante su etapa como minero 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.

HISTORIA

El primer mecanismo utilizado fueron las ruedas de agua, similares al molino de cereal convencional, y después las máquinas de vapor, pero los inconvenientes que presentaban ambos métodos llevó a la introducción de turbinas, consistentes en unas ruedas hidráulicas con álabes o paletas sobre las que incidía un chorro de agua lanzado a gran velocidad.

Observando el funcionamiento de una de estas turbinas, Pelton dio por casualidad con un método que hacía mucho más eficaz el mecanismo de la turbina: si el chorro, en vez de golpear en el centro de las paletas, lo hacía en su borde, el flujo de agua salía de nuevo en dirección inversa y hacía que la turbina adquiriese mayor velocidad.

DEFINICION

Es una turbomáquina motora, de flujo trasversal, 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.

DISEÑO

Las turbinas Pelton están diseñadas para explotar grandes saltos hidráulicos de bajo caudal. Las centrales hidroeléctricas dotadas de este tipo de turbina cuentan, la mayoría de las veces, con una larga tubería llamada galería de presión para trasportar al fluido desde grandes alturas, a veces de hasta más de doscientos metros.

PARTES DE UNA TURBINA PELTON

PARTES DE UNA TURBINA PELTON

Distribuidor: Está constituido por uno o varios equipos de inyección de agua. Cada uno de dichos equipos, formado por determinados elementos mecánicos, tiene como misión dirigir, convenientemente, un chorro de agua, cilíndrico y de sección uniforme, que se proyecta sobre el rodete, así como también, regular el caudal preciso que ha de fluir hacia dicho rodete, llegando a cortarlo totalmente cuando proceda

PARTES DE UNA TURBINA PELTON

Cámara de distribución: Consiste en la prolongación de la tubería forzada, acoplada a ésta mediante brida de unión, posteriormente a la situación de la válvula de entrada a la turbina, según la trayectoria normal del agua

Nota: Brida es el elemento que une dos componentes de un sistema de tuberías, permitiendo ser desmontado sin operaciones destructivas.

Brida de unión a la tubería forzada

PARTES DE UNA TURBINA PELTON Inyector: Es el elemento mecánico destinado a dirigir y regular el

chorro de agua y esta compuesto por 3 partes; 1 Tobera ,2 Aguja,3 Deflector.

Tobera: Se entiende como tal, una boquilla, normalmente con orificio de sección circular (puede tratarse de otra sección), de un diámetro aproximado entre 5 y 30 cm, instalada en la terminación de la cámara de distribución

Aguja: Está formada por un vástago situado concéntricamente en el interior del cuerpo de la tobera, guiado mediante cojinetes sobre los cuales tiene un libre movimiento de desplazamiento longitudinal en dos sentidos

Deflector: Es un dispositivo mecánico que, a modo de pala o pantalla, puede ser intercalado con mayor o menor incidencia en la trayectoria del chorro de agua, entre la tobera y el rodete, presentando la parte cóncava hacia el orificio de tobera

PARTES DE UNA TURBINA PELTON

Rodete: Es la pieza clave donde se transforma la energía hidráulica del agua, en su forma cinética, en energía mecánica o, dicho de otra manera, en trabajo según la forma de movimiento de rotación. Y esta constituido por: 1 Rueda Motriz y 2 Cangilones (También llamados álabes, cucharas o palas.).

Rueda Motriz: Su periferia está mecanizada apropiadamente para ser soporte de los denominados cangilones.

Cangilones: Son piezas de bronce o de acero especial para evitar, dentro de lo posible, las corrosiones y cavitaciones .

PARTES DE UNA TURBINA PELTON

Carcasa: Es la envoltura metálica que cubre los inyectores, rodete y otros elementos mecánicos de la turbina. Su misión consiste en evitar que el agua salpique al exterior ya que después de incidir sobre los alabes, abandona a éstos.

PARTES DE UNA TURBINA PELTON

Cámara de descarga: Se entiende como tal, la zona por donde cae el agua libremente hacia el desagüe, después de haber movido al rodete. También se conoce como tubería de descarga.

Sistema hidráulico de frenado: Consiste en un circuito de agua derivado de la cámara de distribución.

El agua, proyectada a gran velocidad sobre la zona convexa de los cangilones, favorece el rápido frenado del rodete, cuando las circunstancias lo exigen

FUNCIONAMIENTO

Una vez identificados los elementos componentes de las turbinas Pelton, y conocidas las funciones respectivas, se comprende fácilmente el funcionamiento de las mismas.

La tobera 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 agua acciona sobre las cucharas intercambiando energía con la rueda en virtud de su cambio de cantidad de movimiento.

Nota: El doble de la distancia entre el eje de la rueda y el centro del chorro de agua se denomina diámetro Pelton.

FUNCIONAMIENTO

Se dispone de la máxima energía cinética en el momento en que el agua incide tangencialmente sobre el rodete, empujando a los alabes que lo forman, obteniéndose el trabajo mecánico deseado.

Las formas cóncavas de los alabes hacen cambiar la dirección del chorro de agua, saliendo éste, ya sin energía apreciable, por los bordes laterales, sin ninguna incidencia posterior sobre los alabes sucesivos. De este modo, el chorro de agua transmite su energía cinética al rodete, donde queda transformada instantáneamente en energía mecánica.

FUNCIONAMIENTO

La válvula de aguja, gobernada por el regulador de velocidad, cierra más o menos el orificio de salida de la tobera, consiguiendo modificar el caudal de agua que fluye por ésta, al objetivo de mantener constante la velocidad del rodete, evitándose reducción del número de revoluciones del mismo, por disminución o aumento respectivamente de la carga solicitada al generador.

En general, a medida que la altura de la caída de agua aumenta, se necesita menor caudal de agua para generar la misma potencia. La energía es la fuerza por la distancia, y, por lo tanto, una presión más alta puede generar la misma fuerza con menor caudal.

VENTAJAS

Mas robustas. Menos peligro de erosión de los alabes. Reparaciones mas sencillas. Regulación de presión y velocidad mas fácil. Mejores rendimientos a cargas parciales. Infraestructura mas sencilla. Gira con alta velocidad, entonces se puede conectar el

generador en forma directa, sin pérdidas de transmisión mecánica.

Con el eje horizontal se es posible instalar turbinas gemelas para un solo generador colocado entre ambas, contrarrestando empujes axiales

Con el eje vertical se permite aumentar el numero de chorros por rueda (4 a 6); con esto se puede incrementar el caudal y tener mayor potencia por unidad.

DESVENTAJAS

Altura mínima para su funcionamiento: 20 Metros.

Costo de instalación inicial. El impacto ambiental es grande en caso de

grandes centrales hidroeléctricas. Requiere de múltiples inyectores para

grandes caudales.

APLICACIONES

Existen turbinas Pelton de todos los tamaños. Hay turbinas de varias toneladas montadas en vertical sobre cojinetes hidráulicos en las centrales hidroeléctricas. Las turbinas Pelton más pequeñas, solo de unos pocos centímetros, se usan en equipamientos domésticos.

También se pueden usar las turbinas de acción, tipo Pelton en Micro Centrales, cuando existen pequeñas caídas de agua siendo mínimo 1.5 m-. En este caso se pueden usar turbinas de acción de 1: 2; 3; 4; y 5 ruedas tipo PELTON montadas en un eje horizontal con diferentes diámetros de las cañerías de entrada, diferentes medidas de las cucharas e inyectores.Existen 7 modelos de cucharas y los inyectores tienen para cada caso un diámetro diferente.

EFICIENCIA Para un determinado caudal se

regula la velocidad con la válvula

Opera más eficientemente en condiciones de grandes saltos, bajos caudales y cargas parciales.

Ejemplo:H (m) neta de caída: 750mts aprox.Q (l/s) : 75 aprox.

Su generación en este caso seria de 400 KW.

TIPOS DE TURBINAS PELTON

Micro turbinas Pelton.

Mini turbinas Pelton.

Pico turbinas Pelton.

MICRO TURBINAS PELTON

Se usan en zonas rurales aisladas donde se aprovechan los recursos hidroenergéticos que existen en pequeños ríos o quebradas para transformarlos en energía mecánica o eléctrica.

Para hacer posible este proceso se tiene que hacer un grupo de obras así como obtener equipos especiales, estos se dividen normalmente en tres grupos: obras civiles, equipo electromecánico y redes eléctricas.

ELEMENTOS DE LA MICRO TURBINA PELTON Una instalación típica de micro turbinas Pelton consta de los siguientes

elementos: 1-. Codo de entrada 2-. Inyector: transforma la energía de presión en energía cinética. La

velocidad del chorro a la salida del inyector en algunas instalaciones llega a 150 m/s y aún más. Consta de Tobera y Válvula de Aguja.

3-. Tobera 4-. Válvula de Aguja 5-. Servomotor 6-. Regulador 7-. Mando del deflector 8-. Deflector o pantalla deflectora 9-. Rodete 10-. Álabes o cucharas 11-. Freno de la turbina 12-. Blindaje

Servomotor: Motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación

CLASIFICACIÓN DE LAS MICRO TURBINAS PELTON 1-. Turbinas Pelton de Eje Vertical: En este tipo de turbinas Pelton el

numero de chorros por rueda se reduce generalmente a uno o dos, por resultar complicada la instalación en un plano vertical de las tuberías de alimentación y las agujas de inyección. Este sistema de montaje encuentra aplicación en aquellos casos donde se tienen aguas sucias que producen deterioros o notable acción abrasiva. Con el eje horizontal se hace también posible instalar turbinas gemelas para un solo generador colocado entre ambas, contrarrestando empujes axiales.

CLASIFICACIÓN DE LAS MICRO TURBINAS PELTON 2-.Turbinas Pelton de Eje

Horizontal: En este tipo de turbinas Pelton se

facilita la colocación del sistema de alimentación en un plano horizontal, lo que permite aumentar el numero de chorros por rueda (4 a 6); con esto se puede incrementar el caudal y tener mayor potencia por unidad. Se acorta la longitud del eje turbina-generador; se amenguan las excavaciones; se puede disminuir el diámetro de rueda y aumentar la velocidad de giro

 MINI TURBINAS PELTON

Según las normas europeas las mini centrales hidroeléctricas son aquellas que están comprendidas en el rango de 100KW a 1000KW de potencia, mientras que la organización latinoamericana de energía las clasifica de 50KW a 1000KW.

Algunos Modelos

CAMPO DE APLICACIÓN MINITURBINAS PELTON

El campo de aplicación de estas mini turbinas es muy amplio, en especial en el de generación de electricidad o energía mecánica para las poblaciones locales de zonas aisladas. Sin dejar por ultimo que son utilizadas para compensar la perdida de energía eléctrica que se produce en las líneas de transmisión.

Componentes:1. Rodete.2. Eje.3. Inyectores.4. Sellos sin contacto (pequeñas placas que impiden el paso del

agua hacia el exterior de la caja de la turbina).5. Carcasa ( Acero estructural SAE 1020 ).6. Tubo distribuidor (elemento de transición entre la tubería de

presión y los inyectores).

PICO TURBINAS PELTON

La aparición de pico centrales hidroeléctricas y consecuentemente de pico turbinas, tiene apenas una década. El rango de pico centrales está por debajo de los 10kW.

Las pico turbinas se aprovechan por los recursos hidráulicos existentes en quebradas muy pequeñas, manantiales u otras fuentes donde existen algunos chorros de agua y alguna pequeña caída que podría transformarse n energía mecánica o eléctrica.

Las pico turbinas se diseñan en la actualidad como pequeños bloques compactos, donde en una sola unidad se incluyen todas sus partes.

Se caracteriza principalmente por su pequeño tamaño, su versatilidad y por su facilidad para el transporte e instalación.

PICO TURBINAS PELTON

Ventajas:   Estos modelos han sido desarrollados para requerimientos

simples de fabricación, confiabilidad, eficiencia, bajos costos de fabricación, operación y mantenimiento. 

• Ensamblaje y Montaje La turbina se ensambla en un sólido chasis construido con

perfiles estructurales que permite el ensamble con el generador en un solo bloque, haciendo un equipo portátil.

ALGUNOS MODELOS

GRACIAS POR SU ATENCION