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Tabla de contenido
¿Qué es una turbina Pelton?
Una turbina Pelton es una turbina de impulso de flujo tangencial en la que la energía de presión del agua se convierte en energía cinética para formar un chorro de agua de alta velocidad que incide tangencialmente en la rueda y hace que gire. También llamada rueda Pelton.
Partes y funciones de la turbina Pelton
Las partes de la turbina Pelton y sus funciones son las siguientes.
Figura 1: Partes de la turbina Pelton
- Boquilla y regulador de caudal
- corredor y balde
- caja
- chorro de freno
1. Boquilla y dispositivo de control de flujo
El agua de una fuente de agua se transfiere a través de una tubería forzada, cuyo extremo está provisto de una boquilla. Esta boquilla le permite formar chorros de agua a alta velocidad. Se coloca una lanza de aguja móvil dentro de la boquilla para controlar el chorro de agua de la boquilla.
Figura 2: Ubicación de la boquilla y el flujo
La lanza se mueve hacia adelante y hacia atrás axialmente. Avanzar reduce o detiene el flujo, retroceder aumenta el flujo.
2. Correderas y cangilones
Una turbina Pelton consta de un disco circular, llamado rodete, alrededor del cual se montan una serie de cubos equidistantes. La cubeta montada es doble hemisférica o doble elíptica.
Figura 3: Corredera de rueda Pelton y cangilón
Cada balde tiene una pared divisoria llamada divisor que divide el balde. Los cangilones generalmente están hechos de hierro fundido, acero inoxidable o bronce, según el cabezal de entrada de la turbina Pelton.
3. Carcasa
Toda la disposición de rodete y cubeta, entrada y tobera de freno está cubierta por una carcasa. La carcasa de la turbina Pelton no tiene acción hidráulica, pero evita las salpicaduras de agua durante el funcionamiento y ayuda a que el agua drene hacia la rueda de cola.
Figura 4: Modelo de turbina Pelton con carcasa
4. Chorro de rotura
Los chorros de freno se utilizan para detener el movimiento de las ruedas cuando no están funcionando. Esta situación ocurre cuando la entrada de la boquilla se cierra con la ayuda de una lanza, luego de lo cual el chorro de agua se detiene en el balde. Sin embargo, debido a la inercia, el rodete no deja de girar incluso cuando la boquilla de entrada está completamente cerrada. Para detener esto, se proporcionan boquillas de freno como se muestra en la Figura 1. Una boquilla de freno dispara agua detrás de un balde para detener la rueda. Los chorros dirigidos por toberas de freno se denominan chorros de freno.
Cómo funciona la turbina Pelton
Así es como funciona la turbina Pelton:
- El agua se transporta desde fuentes de gran altura a través de largos canales llamados tuberías forzadas.
- Al colocar una boquilla en la punta de la tubería forzada, el agua es acelerada y expulsada a presión atmosférica como un chorro de alta velocidad.
- El chorro golpea el divisor de la cubeta, dividiendo el chorro en las dos mitades de la cubeta y la rueda comienza a girar.
- Cuando el chorro golpea la cubeta, la energía cinética se reduce y la forma esférica de la cubeta hace que el chorro dirigido cambie de dirección y haga un giro en U, lo que resulta en una carrera de cola.
Figura 5: Chorro de agua impactando en el cangilón de la rueda Pelton
- En general, el ángulo de entrada del chorro es 1o hasta 3odespués de golpear la cuchara, el ángulo de deflexión del chorro está entre 165o hasta 170o.
- El agua acumulada en la pista de cola no debe sumergir las ruedas Pelton de ninguna manera.
- Para generar más potencia, puede colocar dos ruedas Pelton en un eje o puede dirigir dos chorros de agua a la vez a una rueda Pelton.
Aspectos de diseño de turbinas Pelton
A continuación se presentan algunos aspectos a considerar al diseñar una turbina de rueda Pelton.
- velocidad del chorro
- velocidad de la rueda
- ángulo de desviación del chorro
- diámetro medio de la rueda
- relación de chorro
- dimensiones del balde
- número de chorros
- número de cubos
Figura 6: Rueda Pelton
1. Velocidad del chorro
La velocidad del chorro en la entrada es
donde Cv = factor de velocidad = 0,98 o 0,99. H= Altura neta de turbina.
2. velocidad de la rueda
La velocidad de la rueda (u) viene dada por
dónde, 
= relación de velocidad = 0,43 a 0,48
3. Ángulo de desviación del chorro
Sea 165 el ángulo de deflexión del chorro después de golpear el balde.o Si no se especifica el ángulo de desviación.
4. Diámetro medio de la rueda
El diámetro promedio o diámetro de paso D de una turbina Pelton viene dado por
5. Relación de chorro
Se define como la relación entre el diámetro de paso de la turbina Pelton (D) y el diámetro del chorro (d). m y viene dada por:
m = D/día
La relación de chorro (m) está entre 11 y 16 para una máxima eficiencia hidráulica. Sin embargo, en la mayoría de los casos se considera 12.
6. Dimensiones de la cuchara
Las dimensiones de la cubeta están diseñadas de manera que el ancho sea 3-4 veces el diámetro del chorro, la longitud sea 2-3 veces el diámetro del chorro y el grosor sea 0,8-1,2 veces el diámetro del chorro.
Figura 7: cangilón de ruedas Pelton
7. número de chorros
Se obtiene dividiendo el caudal total a través de la turbina por el caudal de agua a través de un solo chorro. Generalmente, el número de jets está limitado a 2 para guías verticales y 6 para guías horizontales.
8. Número de cubos
El número de cangilones (z) es
donde D = diámetro de paso d = diámetro de chorro m = relación de chorro