LA TURBINA PELTON

      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.

    Las turbinas Pelton aumentan la velocidad del fluido mediante esta tobera, produciendo un chorro de agua dirigido a gran velocidad hacia las paletas. Debido a la forma de éstas, el chorro gira en casi 180º, con lo cual se produce un cambio de momentum que se traspasa al eje.

    En la turbina Pelton de eje horizontal, el número 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 corrosiva. Con el eje horizontal se hace también posible instalar turbinas gemelas para un solo generador colocado entre ambas, contrarrestando empujes axiales.

    Con la disposición de eje vertical, se facilita la colocación del sistema de alimentación en un plano horizontal, lo que permite aumentar el número 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 minimizan las excavaciones; se puede disminuir el diámetro de la rueda y aumentar la velocidad de giro, se reduce en fin el peso de la turbina por unidad de potencia. Esto hace que la utilización de esta disposición en turbinas pelton sea más ventajosa que la disposición horizontal. Su aplicación es conveniente en aquellos casos donde se tienen aguas limpias que no produzcan gran efecto corrosivo sobre los alabes e inyectores, debido a que la inspección y las reparaciones con este montaje se hacen más difíciles.

Corredor de una turbina Pelton

    El rodete o rueda Pelton, como se muestra en la figura, está constituido por un disco de acero con alabes periféricos en forma de doble cuchara. Estos pueden estar fundidos en el disco en una sola pieza o individualmente, sujetándose después al disco por medio de bulones.

Rodete Pelton

    La fundición por separado de disco y alabes ha sido la forma más tradicional, ya que no sólo se facilita la construcción (fundición, maquinado y pulido de piezas) sino que también hace posible la reposición de cucharas averiadas por la erosión. Sin embargo, modernamente se advierte una gran tendencia a fundir el disco y alabes en una sola pieza, sobre todo cuando se trata de ruedas de alta velocidad específica. Se consigue con este procedimiento mayor rigidez y solidez; uniformidad en la resistencia y montaje rápido; para la misma potencia, las ruedas resultan más ligeras. Existen métodos modernos de fundición y de control de calidad (Magnaflux, Magnaglo, ultrasonidos, etc.) que permiten obtener piezas sin grietas ni fisuras en el templado.

Posición del rodete con respecto a las toberas en una turbina de eje vertical

    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.

Modelo computacional de la geometría de una rueda Pelton

    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.

Ataque del chorro al alabe

    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.

CONCLUSIONES

Para regular la velocidad se puede colocar una válvula de compuerta en la tubería de llegada esto ajustaría la salida del agua a la demanda de energía, pero como todo tiene sus inconvenientes este caso no es la excepción ya que al hacer esto se desprecia mucha energía y como se reduce la carga en la boquilla del chiflón hay una perturbación de velocidad y esto reduce la eficiencia del motor a la que esta acoplada la rueda.

Otra manera de regular la velocidad es acoplando una válvula de aguja que esta longitudinalmente dentro del chiflón, cuando la aguja entra en la abertura de la boquilla va quedando un espacio menor a través de un chorro circular. Entonces la válvula de aguja varía la sección del chorro. El único problema que presenta esta válvula es que al cerrarse muy rápido la boquilla se pueden producir fuertes presiones dinámicas en la tubería cerrada.

BIBLIOGRAFIA

• www.yahoo.com.mx

• Libro: maquinas hidráulicas