Diseño de cuchara para microturbina Pelton

Abstract

En el presente proyecto integrador profesional se realizó el diseño de un álabe de microturbina Pelton. Se diseñaron dos modelos tentativos del álabe en función de la bibliografía disponible y se seleccionó el modelo de mejor rendimiento a partir de simulaciones fluidodinámicas realizadas con un software de elementos finitos. Estas simulaciones se contrastaron con lo que predice la teoría unidimensional de las máquinas hidráulicas. Se realizó la investigación y selección del material más adecuado para este tipo de turbinas, poniendo foco en materiales que presenten valores altos de dureza y buena resistencia a la oxidación. Se determinó el mejor método de fabricación a partir de las propiedades mecánicas del material seleccionado y en función de las ventajas que ofrecía cada uno de los métodos de fabricación investigados. Una vez seleccionado el modelo y el material del álabe, se realizó la verificación estructural del mismo. Para ello, se realizaron simulaciones fluidodinámicas dónde se simuló el pasaje del jet de agua sobre el álabe y estos resultados se utilizaron para verificar estructuralmente el álabe. Se analizaron distintas condiciones de uso de la turbina. Se estudió la turbina detenida y en movimiento, con los pernos de sujeción con precarga y sin ella. Todas estas condiciones fueron contrastadas con lo que predice la teoría de la mecánica del continuo. Finalmente se estudió la resistencia del álabe a la fatiga.

In the present professional integrator project, the design of a Pelton microturbine blade was carried out. Two tentative blade models were designed based on the available literature and the best performing model was selected from fluid dynamic simulations performed with a software of finite elements. These simulations were contrasted with predictions considering the one-dimensional theory of hydraulic machines. The research and selection of the most suitable material for this type of turbines were carried out, focusing on materials that present high hardness values and good resistance to oxidation. The best manufacturing method was determined based on the mechanical properties of the selected material and the advantages offered by each of the manufacturing methods investigated. Once the model and the blade material were selected, the structural verification of the blade was carried out. To achieve this, fluid dynamic simulations were performed, considering the impact of the water jet against the blade. These results were used to structurally verify the blade with software. Different operational conditions of use of the turbine were analyzed. A static and rotating turbine were studied, taking into account the clamping screws with and without preload. All of these conditions were contrasted with theoretical results of Mechanics. Finally, the fatigue resistance of the blade was analyzed.