Pelton turbina

Kuilara baten Pelton diametroko proiekzio zilindrikoa.

Injektoreak zuzenean ur-txorrota bidaltzen du gurpilaren inguruan dauden paletara; gurpilaren ardatzaren eta txorrotaren zentroaren arteko distantzia bikoitzari Pelton diametroa deritzo. Urak kuilaren gainean egiten du lan, gurpilari energia transmitituz. Irudian ikusten den bezala, turbinako palak mozketa bat du; txorrotak hor egiten du talka, bitan zatitzen da, eta ondoren palatik ia kontrako noranzkoan ateratzen dira. Baina inoiz ezin dute atera 180º-ko norabidearekin, bestela hurrengo pala joko baitzuen efektua geldiaraziz.

Ur-pala interakzioaren ikerketa analitikoa oso konplexua izan daiteke, pala eta txorrotaren desplazamendu erlatiboa dela eta. Bestalde, Pelton turbinen ikerketa Faubert diametroaren sekzio zilindrikora sinplifikatzen da.

Horrela, ur-masa unitateko sortutako energia kantitatea Euler-en turbomakinen legeak ematen digu:

${\displaystyle L=u_{1}c_{u1}-u_{2}c_{u2}}$

Non:

• ${\displaystyle L}$, bilakatutako energia espezifikoa den.
  

• ${\displaystyle u_{1}}$ eta ${\displaystyle u_{2}}$ , kuilararen abiadura tangentziala den, ura sartu eta irteten den puntuetan hain zuzen.
  

• ${\displaystyle c_{u1}}$ eta ${\displaystyle c_{u2}}$ , fluidoaren abiadura absolutuaren proiekzioak diren, fluxuaren sarrera eta irteera puntuen abiadura tangentzialekiko.
  

Pelton turbinaren errotazio-abiadura tangentziala berdina denez Pelton diametroaren puntu guztietan,( gogoan izan abiadura angeluarraren formula ${\displaystyle u=\omega r}$ ) ${\displaystyle u_{1}}$ eta ${\displaystyle u_{2}}$ abiadurak ere berdinak dira. Orduan, Euler-en formula sinplifikatu daiteke:

${\displaystyle L=u(c_{u1}-c_{u2})}$

Pelton turbina bultzada-turbina mota bat da, eta altuera handiko ur-jauziekin lan egitean eraginkorrena. Ura fluido konprimaezina denez, ia energia erabilgarri guztia turbinaren lehenengo etapan erauzten da. Horregatik, Pelton turbinak gurpil bakarra du, fluido konprimagarriekin lan egiten duten turbinek ez bezala.

Lester Allan Pelton, asmatzaile estatubatuarra, 20 urterekin Californiara joan zen, non urrearen meategietan lortu zitekeen ustiapenaz jabetu berri ziren. 1853an Camptonville, Nevada City eta Grass Valley-eko meategietara joan zen lanera. Nahiz eta formazio urria eduki, Lester Allan Pelton meatzari azkarra zen, eta hasieran bere garaian mineralen triturazioan eta meategietako airearen ponpaketan erabilitako teknika batzuk ikasi zituen, hala nola, ur-gurpilen mekanismoa eta lurrun-makinena. Momentu hartan Allan Pelon-ek bere mekanismoetan akatsak aurkitu zituen.

Orduan, turbinen bidez beso eta paletak zituen gurpilak diseinatu ahal zituela konturatu zen. Mekanismoa aztertuz, kasualitatez turbinaren mekanismoa askoz eraginkorragoa egingo zuen metodo bat aurkitu zuen. Txorrotak palen erdian jo ordez hauen izkinan egingo balu, ur-fluxua kontrako noranzkoan aterako litzateke eta turbinaren abiadura handituko luke. Hau txorrotak sortutako energia zinetikoaren kontserbazioan eta elektrizitatearen sorkuntzaren printzipioan oinarritzen da.

Bi injektore dituen Pelton turbina insatazioa.

Tamaina desberdinetako Pelton turbinak daude. Zenbait tonatako turbinak daude bertikalki muntatuak kojinete hidraulikoen gainean zentral hidroelektrikoetan. Pelton turbina txikiagoak, zentimetro gutxi batzuetakoak, etxeko ekipamenduetan erabiltzen dira.

Normalean, ur-jauziaren altuera handitu ahala, emari gutxiago behar da potentzia berdina sortzeko. Energia indarra bider distantzia da, beraz, presio handiago batek indar berdina sor dezake emari gutxiagorekin.

Instalazio bakoitzak du, orduan, bere presio-, abiadura- eta bolumen-konbinazio egokiena funtzionamendu on baterako. Normalean, instalazio txikiek paleta estandarrak erabiltzen dituzte, eta turbina egokitzen dute beraien konbinazioetara. Turbina txikiak gurpil bakoitzeko tobera eta paleta kopuruak aldatuz egokitu daitezke, eta gurpilen diametro ezberdinak aukeratuz. Enkarguzko instalazio handiek tortsio-momentua eta emaria diseinatzen dituzte sorgailu estandar bat abian jartzeko moduan.