Introducción
Una turbina Pelton es un tipo de turbina hidroeléctrica utilizada en la industria de generación de energía. A diferencia de la turbina Francis y la turbina Kaplan, las turbinas Pelton son turbinas de impulso.
Aunque las turbinas Pelton son muy eficientes, no son tan comunes como las Kaplan y las Francis porque la turbina Pelton requiere una gran altura de presión (diferencia de elevación entre el embalse superior e inferior) para operar; esto limita su uso a ciertas áreas geográficas.
Las centrales hidroeléctricas pertenecen al sector de energía renovable y se consideran una forma de generación de energía 'verde'.
Historia
La turbina Pelton fue inventada por Lester Allan Pelton en la década de 1870. Lester Pelton no fue el primero en intentar usar energía de impulso para mover una turbina de agua, pero fue el primero en crear una turbina de agua de impulso eficiente.
Diseño Original de Lester Pelton
Turbinas de Impulso
Las turbinas de impulso convierten la energía cinética en energía mecánica. La parte de la turbina que convierte la energía cinética en energía mecánica se conoce como el rodete. La parte de la turbina que convierte la energía mecánica en energía eléctrica se conoce como el generador.
El rodete Pelton consiste en una serie de cucharas curvas montadas en la periferia exterior de una rueda circular. Por esta razón, un rodete Pelton a veces se denomina rueda Pelton.
¿Te está gustando este artículo? ¡Entonces asegúrate de revisar nuestro Curso en Video sobre Centrales Hidroeléctricas! El curso incluye un cuestionario, un manual, y recibirás un certificado al finalizar el curso. ¡Disfruta!
Componentes de la Turbina Pelton
Cucharas
Las cucharas, o palas de impulso, están moldeadas en dos formas de copa adyacentes entre sí. Estas cucharas 'atrapan' el chorro de agua y dirigen el flujo gradualmente hacia atrás. Debido al diseño de la cuchara, casi toda la energía cinética del agua se aprovecha como torque antes de la descarga.
Rueda
La rueda Pelton es muy pesada y actúa como un volante. Un volante almacena energía rotacional y resiste cambios en la velocidad de rotación. La cantidad de energía almacenada en el volante es proporcional al cuadrado de su velocidad de rotación.
Eje de Transmisión
El eje de transmisión conecta el rodete de la turbina al generador, lo que hace posible convertir la energía mecánica del rodete giratorio en energía eléctrica. Las turbinas Pelton también pueden usarse como motores primarios para otros equipos rotativos, por ejemplo, una bomba mecánica.
Lanza/Aguja
La lanza/aguja controla el flujo de agua a través de la boquilla y, por lo tanto, la cantidad de fuerza ejercida sobre la rueda. No todas las ruedas Pelton tienen una lanza o aguja.
Ajustador de Lanza
El ajustador de lanza puede operarse de forma manual, eléctrica o hidráulica. Las grandes turbinas Pelton accionan el ajustador de lanza solo hidráulicamente.
Cómo Funcionan las Turbinas Pelton
El agua se entrega a través de un conducto de agua presurizado conocido como tubería de presión. La tubería de presión forma el lado de succión de la turbina y conecta el embalse superior a la turbina. Al final de la tubería de presión hay una boquilla de pulverización.
La boquilla de pulverización convierte la energía potencial del agua en energía cinética, esta energía cinética se manifiesta como un chorro de agua de alta velocidad que se pulveriza desde la boquilla hacia las cucharas del rodete Pelton. El chorro de agua impacta con la superficie interior de cada cuchara de manera tangencial.
Central Eléctrica Usando Turbinas Pelton
Cada cuchara consta de dos mitades separadas por una cresta alta, conocida como divisor. El divisor divide el chorro de agua para que el flujo hacia ambos lados de la cuchara sea uniforme. Una muesca en cada cuchara permite que el chorro de agua fluya hacia cada cuchara en un ángulo óptimo. La forma de cuchara de la cuchara hace que la energía cinética del chorro de agua se convierta gradualmente en energía mecánica, a medida que el agua completa un giro de 180 grados en la cuchara. La energía mecánica se manifiesta como torque en el eje del rodete, lo que hace que el rodete gire. Después de salir de la cuchara, el agua se descarga a través de un pozo de descarga.
Debido a que el rodete Pelton está conectado en un eje común a un generador, el generador comienza a generar electricidad tan pronto como el rodete gira. El generador convierte la energía mecánica suministrada por el rodete en energía eléctrica, que luego puede transferirse a través de una red eléctrica a los consumidores finales.
Red Eléctrica
Control de Flujo
Una aguja (o lanza) regula el chorro de agua de la boquilla. La aguja puede retraerse para permitir el flujo completo, o presionarse contra la boquilla para detener el flujo por completo. En caso de emergencia, se puede rociar agua en la parte trasera de las cucharas del rodete para detenerlo.
Impulso Explicado
La fuerza aplicada durante un período de tiempo se conoce como impulso. El impulso se aplica a las cucharas del rodete durante todo el tiempo que el chorro de agua impacta sobre la cuchara. El impulso hace que el rodete Pelton gire al cambiar su momento. Debido a la naturaleza del impulso, una gran fuerza aplicada durante un corto período de tiempo causará el mismo cambio de momento que una pequeña fuerza aplicada durante un largo período de tiempo. Como el impulso se utiliza para cambiar el momento de las turbinas Pelton, las turbinas Pelton se clasifican como turbinas de impulso y las cucharas también se denominan palas de impulso.
Cucharas de Turbina Pelton
Características Interesantes
Las turbinas Pelton son adecuadas para aplicaciones de alta altura y bajo flujo. Por lo general, se instalan en áreas donde las caídas repentinas de elevación son una característica natural del terreno local.
Rangos de Flujo y Altura de Turbinas Hidráulicas
El rodete Pelton gira en el aire, bajo condiciones atmosféricas, por lo que las turbinas Pelton son turbinas sin presión.
La mayoría de las turbinas Pelton utilizan entre uno y cinco boquillas.
Es posible montar uno o múltiples rodetes Pelton en un solo eje.
La eficiencia de las turbinas Pelton a menudo supera el 90% cuando se cumplen las condiciones de operación adecuadas.
A diferencia de las turbinas de agua de reacción, las turbinas Pelton no requieren un tubo de aspiración porque operan en un entorno sin presión.
Las turbinas Pelton pueden estar orientadas horizontal o verticalmente. Las unidades más pequeñas tienden a estar orientadas horizontalmente, mientras que las unidades más grandes tienden a estar orientadas verticalmente.
Las turbinas Pelton pueden ser grandes. Los rodetes Pelton más grandes del mundo tienen un diámetro de 4.6 metros y operan con una altura de más de 1,800 metros. Cada rodete se alimenta desde una tubería de presión cargada a 200 bar de presión. Cinco boquillas de pulverización por rodete crean chorros de agua que salen de cada boquilla a 192 metros/segundo. Cada rodete tiene una potencia nominal de más de 400 MW.
Componentes del Modelo 3D
Este modelo 3D muestra todos los componentes principales asociados con una típica turbina hidroeléctrica Pelton, que incluyen:
- Entrada de Succión
- Descarga
- Rodete Pelton (Cucharas y Rueda)
- Cojinetes
- Carcasa
- Eje de Transmisión
- Manija de Ajuste de Velocidad
- Aguja/Lanza
Recursos Adicionales
https://energyeducation.ca/encyclopedia/Pelton_turbine
https://themechanicalengineering.com/pelton-wheel-turbine
https://en.wikipedia.org/wiki/Pelton_wheel