laboratorio turbomaquinas - ingeniería mecánica

rueda pelton laboratorio

1) rueda Pelton 

a) ¿que es una  la rueda pelton?

es un tipo de  turbina hidráulica,  a su vez es una de las mas sencillas pero muy eficiente a este tipo de turbina se le conoce también como rueda de impulso llegan a ser turbinas muy robustas y de gran tamaño (figura 1). es utilizada en saltos de gran altura mayores de 200 metros pueden ser instaladas con el eje en forma horizontal y vertical siento mas eficiente en forma horizontal.

figura 1: (rueda pelton)

b) componentes de una rueda pelton

1. codo de entrada
2. inyector 
3. tobera
4. valvula de aguja 
5. servomotor 
6. regulador 
7. mando del deflector
8. deflector 
9. chorro 
10. rodete 
11. cucharas 
12. freno de la turbina 

figura 2 (componentes rueda pelton)

c) funcionamiento

La energía  del agua embalsada, hasta los orificios de salida de las toberas, se convierte en energía cinética, al salir el agua a través de las toberas en forma de chorros a grandes velocidades apoyándose en base a la teoría de bernoulli, estos chorros  incide  sobre el rodete, empujando a las cucharas del rodete, obteniéndose el trabajo mecánico deseado.

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

 La 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, a fin de mantener constante la velocidad del rotor, evitándose la reducción del número de revoluciones, la arista de las cucharas corta al chorro de  agua, seleccionándolo en dos láminas de fluido, y teóricamente del mismo caudal esta disposición permite contrarrestar mutuamente los empujes que se originan en el rotor equilibrando presiones sobre el mismo, al cambiar, simétrica y opuestamente los sentidos de ambas láminas de agua.

2) descripción de la practica de laboratorio

a) elementos:

• bata de laboratorio

figura 3 (imagen propia)

• abrazadera

figura 4 (imagen propia)

• manual turbina pelton  H19 

b) equipos

• turbina pelton H-19

figura 5 (imagen propia)

• cámara smartphone

figura 6(imagen propia)

• balanza salter model 12

figura 7(imagen propia)

• conducto

figura 8 (imagen propia)

• manómetro

figura 9 (imagen propia)

• bomba centrifuga

c) procedimiento

• Comprobar los niveles de agua del deposito ya que la bomba no se debe operar en vació, se debe llenar hasta donde indique la señal, este nivel me da la seguridad de que se puede iniciar el funcionamiento de la bomba  teniendo en cuenta que  las bombas centrifugas  si se inician en vació queman los sellos.

figura 10 (deposito)

• comenzando de la practica cuando el equipo no esta en funcionamiento las fuerzas de la balanza model 12 (figura 7), están iguales F1 = F2 , pero cuando se les aplica una carga varia la medida en la balanza,  por lo tanto la fuerza mayor va a ser F1 (figura 11). para este caso la fuerza sera de 10 Newton

figura 11(balanza con fuerzas distintas)

• encender el equipo (figura 10)

• abrir la válvula y Calibrar la entrada de agua , se dan las vueltas respectivas desde la primera  (1) hasta llegar a cuatro y media (4 1/2) esto muestra la presión verificando el manómetro (figura 9). se puede guiar de la eficiencia de la turbina a partir del numero de vueltas de la rueda.

• se registra el numero de vueltas de la rueda en un tiempo t=10 seg con el uso de una cámara figura(6) y se registran los datos

• se realiza nuevamente el proceso pero se varia la fuerza a 12 Newton

 3) datos

a) datos no experimentales:

radio tobera: 0,025 m 

numero de cucharas: 16

densidad: 1000 kg/m^3

capacidad de la cuchara 8 ml = 0,008 L


b) datos no experimentales:

• Caudal         Q = (Capacidad de cuchara) x (N° de cucharas) x (RPM)

                              Donde: Capacidad de cuchara = (m3)

• Torque         T = (F1 – F2) Rb

                              Donde: F1 y F2 = (Newton)

                              Y   Rb = (m)

•  Potencia      P = ((2π)(NT) / 60)

                              Donde: N= numero de revoluciones (RPM)

                              T= Torque en (Nm)

• Velocidad     V = Q / A

                              Donde: Q=Caudal    

c) datos obtenidos 

tabla 1.  datos recopilados en f= 10 N

tabla 2. datos recopilados en f= 12 N

d) datos calculados

tabla 3. datos calculados para f  = 10 N

tabla 3. datos calculados para f  = 12 N

 4) análisis de datos

gráfico 1. torque vs velocidad 10N

gráfico 2. torque vs velocidad 12 N

gráfico 3. torque vs potencia 10 N

gráfico 4. torque vs potencia 12 N

 gráfico 5. velocidad  vs potencia 10 N

gráfico 6. velocidad vs potencia 12 N

5) conclusiones

• La fuerza afecta directamente a la potencia y a la velocidad como se puede ver en las gráficas  cuando la  fuerza es mayor, la potencia y sobre todo la velocidad empiezan a disminuir 

• velocidad varia porque el caudal es constante

• La potencia aumenta en r elación al torque generado.

• las fuerzas F1 y  F2 son proporcionales  ya que al aumentar una disminuye la otra dependiendo del las vueltas del rodete de la turbina

• se puede ver la variación y tendencias de las gráficas con una sola una diferencia de 2 Newton de fuerza  de una respecto a la otra, por  lo que se puede ver claramente que el aumento de velocidad en el fluido generara una variación respecto a la potencia y el torque

• la altura es inversamente proporcional a la potencia como se puede verificar en las tablas de cálculos de datos