TURBINAS PELTON

1.0 DEFINICION:

La turbina Pelton fue inventada por Lester A. Pelton. Esta turbina se define

como una turbina de acción, de flujo tangencial de admisión parcial.

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

cargas parciales.

La Turbina Pelton tiene la peculiaridad de aprovechar solamente la energía

cinética del fluido, pues no existe gradiente de presión entre la entrada y la salida

de la máquina. La energía cinética del agua, en forma de chorro libre, se genera en

una tobera colocada al final de la tubería a presión. La tobera está provista de una

aguja de cierre para regular el gasto, constituyendo el conjunto el órgano de

alimentación y de regulación de la turbina.

2.0 PARTES DE LA TURBINA:

A. DISTRIBUIDOR-INYECTOR:

Es el elemento de transición entre la tubería de presión y los inyectores.

Está hecho por un inyector o varios inyectores que pueden llegar ser hasta

seis. El inyector consta de una tobera de sección circular provista de una aguja

de regulación que se mueve axialmente, variando la sección de flujo. Si se

requiere una operación rápida para dejar al rodete sin acción del chorro, se

adiciona una placa deflectora, así la aguja se cierra en un tiempo más largo,

reduciendo los efectos del golpe de ariete En las turbinas pequeñas se puede

prescindir de la aguja y opera con una o más toberas, con caudal constante.

Con el objeto de aumentar la potencia de una misma turbina, con un

determinado salto hidráulico, se añaden más inyectores repartidos en l

periferia, pudiendo llegar a 6 en turbinas de gran tamaño (figura 1). Un

número excesivo de inyectores ocasiona una pérdida de rendimiento por

interferir mutuamente sus flujos, tanto al ser deflectados como al caer el agua.

Mandada por un servomotor, mediante aceite a presión, esta aguja ocupa

en cada momento la posición correspondiente a la potencia exigida a la

turbina. Cuando disminuye la carga, hay que actuar sobre el caudal más

rápidamente de lo que interesa a efectos del golpe de ariete. Un cierre rápido

puede provocar una situación desastrosa. Para ello cada inyector lleva

incorporado un deflector que intercepta el chorro inmediatamente parcial o

totalmente, cerrando la aguja más lentamente y así no crear el golpe de ariete.

Dos Inyectores Horizontales

Detalle Rotor-Inyector

6 Inyectores con eje vertical

B. RODETE:

Es de admisión parcial, depende del número de chorros o de inyectores.

Está compuesto por un disco provisto de cucharas montadas en su periferia.

Las cucharas pueden estar empernadas al disco, soldadas o fundidas

convirtiéndose en una sola pieza con el disco. Esta turbina puede instalarse con

el eje horizontal con 1 o 2 inyectores, y con el eje vertical con 3 a 6 inyectores.

El tamaño y número de cucharas dependen de las características de la

instalación y/o de la velocidad especifica ns. Cuanto menor sea el caudal y

mayor la altura del salto, menor será el diámetro del chorro. Las dimensiones

de la cuchara vienen ligadas directamente por el diámetro del chorro.

Cada vez que va a entrar una cuchara en el campo de acción del chorro

sufriría un rechazo, por lo que a esta se le practica una mella de

aproximadamente un 10% mayor a diámetro del chorro. La cuchara tiene

forma elíptica dividida por una cresta afilada en dos partes simétrica. Al estar

dividida en dos la componente axial de la fuerza se contrarresta y de esta

forma no sufren los cojinetes. La longitud de la cuchara es de 2.1 veces el

diámetro del chorro y la anchura de la cuchara es de 2.5 veces el mismo

diámetro.

El material de los alabes debe resistir a la fatiga, a la corrosión y a la

erosión. Cuando estas acciones son moderadas puede bastar la fundición de

grafito laminar. Si las condiciones de trabajo son más drásticas debe recurrirse

al acero, al carbono aliado con níquel (0.7 a 0.1)-molibdeno (0.3). Aceros con

13% de cromo y los aceros austeno-ferríticos (Cr 20, Ni 8, Mo 3) presentan

una resistencia extraordinaria a la cavitación y la abrasión. El material del

disco de la rueda es de acero fundido o forjado.

El número de alabes suele ser de 17 a 26 por rueda, dependiendo de la

velocidad específica de la turbina. Para alta velocidad específica el número de

alabes es menor. Para una rueda de un diámetro determinado por una carga y

una velocidad de giro si la velocidad específica es alta, el gasto es grande, lo

exige alabes mayores y, por lo tanto, caben menos en la misma periferia de la

rueda.

    El espacio requerido por alabe suele estar entre 1.4 y 1.6 veces el

diámetro del chorro.

FORMA Y DIMENSIONES DE LOS ALABES:

Los alabes de una rueda Pelton tienen la forma de doble cuchara, con una

arista mediana donde se produce el ataque del chorro de agua. Las

dimensiones del alabe son proporcionales al diámetro del chorro y éste a

su vez es función del diámetro de la rueda y de la velocidad específica.

El valor del diámetro del chorro está entre el 5% y el 12%

aproximadamente del valor del diámetro de la rueda pelton.

Sería deseable que el ángulo que forman las caras interiores del alabe

fuera cero, para evitar componentes de choque de la velocidad en la

incidencia, sin embargo, esto no es posible, ya que se debilitaría

demasiado la arista media, expuesta a la acción directa del chorro de

agua y a los efectos no solo mecánicos sino de erosión y corrosión. Este

ángulo es del orden de 20º según recomendación de los constructores.

    A la salida, el ángulo del alabe está normalmente entre 8º y 12º en la

parte media del alabe. Aquí es también conveniente tener un valor

reducido del ángulo para disminuir el valor de la velocidad absoluta de

salida y mejorar la utilización de la energía del agua, pero se presenta el

peligro de recirculación y de choque del agua contra el extradós del alabe

siguiente. Hay que dar salida al agua con la propia forma del borde de

fuga.

    Como la energía cinética del chorro de agua decrece con la distancia al

orificio de salida, conviene colocar los inyectores lo más cerca posible

del rodete, para lo cual se produce en los alabes una entalladura en la

parte periférica, la que además impide que el agua salpique por el borde

de la cuchara e incluso que la ataque por la parte posterior. En las ruedas

de alta velocidad específica debe acentuarse el tamaño de la entalladura

de los alabes, por ser el caudal relativamente más abundante.

3.0 TIPOS DE TURBINAS PELTON:

A. MICROTURBINAS 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.

Ensamblaje y Montaje

La turbina se ensambla en un sólido chasis construido con perfiles

estructurales que permiten el acoplamiento en un solo bloque, de esta

forma se puede realizar un pre-montaje del sistema turbina-generador.

B. MINITURBINAS PELTON:

Según las normas europeas las minicentrales hidroeléctricas son

aquellas que están comprendidas en el rango de 100kW a 1000Kw de

potencia. Según la organización Latinoamericana de Energía clasifica en

el rango de 50kW a 500kW. Los modelos desarrollados por ITDG

cubren el rango de 50kW a 1000kW.

El campo de aplicación es muy amplio, sobre todo para las poblaciones

locales de zonas aisladas.

• Ensamblaje y Montaje

La turbina se ensambla en un sólido chasis construido con perfiles

estructurales que permiten el acoplamiento en un solo bloque.

Previamente es posible realizar un pre-montaje en el taller donde se

fabrica, esto suele hacerse en el caso de turbinas más pequeñas, debido a

su bajo costo de instalación.

C. PICOTURBINAS PELTON

La aparición de picocentrales hidroeléctricas y consecuentemente de

picoturbinas, tiene apenas una década El rango de picocentrales está por

debajo de los 10Kw Las picoturbinas 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

picoturbinas 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.

. 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.