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SVILUPPO DELLA PROVA

fisica


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RELAZIONE

DI

MACCHINE

SULLA DETERMINAZIONE DELLE CURVE CARATTERISTICHE DI UNA TURBINA PELTON, CON IL VARIARE DEL NUMERO DEI GIRI E AL VARIARE DELLA CORSA DELLA SPINA.



RELAZIONE DI MACCHINE


Relazione di macchine sulla determinazione delle curve caratteristiche che riguardano il rendimento, la potenza utile e la potenza assorbita di una turbina "PELTON" in funzione del numero di giri e, al variare della corsa della spina che regola  il flusso d'acqua che si frange sulle pale della turbina; l'acqua si frange con una velocità pari alla velocità che il liquido avrebbe se venisse lasciato cadere da un'altezza pari ad H,


                        c1 =  j Ö 2 g H                      j  rendimento del distributore   0,96 ÷ 0,98

Prima di cominciare con l'esperienza dobbiamo capire come è fatta, e come funziona una turbina "PELTON"; la turbina pelton come tutte le altre turbine è una macchina che trasforma l'energia idraulica (energia di pressione, di posizione e cinetica) posseduta dal liquido in energia disponibile all'albero; la quale viene trasformata in energia elettrica mediante l'utilizzo di un alternatore collegato direttamente alla turbina.

Questo elemento (parte rotorica) è costituito da un numero ben preciso di coppie di poli, che ruotando all'interno di calamite (parte statorica) danno origine a corrente alternata; questa corrente elettrica per essere utilizzata deve rispettare la frequenza di rete che è di 50 hz.Per rispettare tale valore si utilizza una formula che mi permette di individuare a quale numero di giri deve andare l'alternatore (o anche la turbina) per produrre tale corrente, la formula prende anche in considerazione il numero di coppie di poli dell'alternatore.

                       

    60 * f        n   =  numero di giri


            n   =                                        f   =  frequenza di rete

                                 z                         z   =  numero di coppie di poli

La turbina pelton secondo il grado di reazione è considerata una turbina ad azione in quanto il  rapporto tra l'energia di pressione posseduta dal liquido all'entrata della girante e l'energia totale è uguale a 0.

                         p                           p                                       Ei   = Energia idraulica totale


                                                                                             

                         g                           g                J                      GR = Grado di reazione 848g69i


   GR    =                             =                    =                          

                   C2       p                    Ei               N                    


                          +                                                                 

                   2g        g             

Il principio di funzionamento di tale turbina è abbastanza semplice in quanto si basa soprattutto sul grande dislivello geodetico che si crea tra il livello del pelo libero del bacino e l'asse del distributore; con questo dislivello l'acqua acquista tanta energia di posizione che verrà trasformata in energia di energia di pressione e poi in energia cinetica all'interno del distributore o ugello.

L'acqua provenente da tale bacino si muove all'interno di tubazioni con diametro piuttosto grande compreso tra 1 e 1,5m questo perché si vuole rallentare la velocità del liquido evitando notevoli perdite di carico, in quanto le perdite di carico sono direttamente proporzionali alla velocità posseduta dal liquido e inversamente proporzionali al diametro della tubazione.

SVILUPPO DELLA PROVA:

Collegare il manometro differenziale a liquido (MD2) al diaframma (D)

Isolare il tratto di circuito che c'interessa per la prova tramite le diverse valvole del circuito

Le valvole aperte sono: V1, V2, V4, V8, V6 , V15 , V19    

Le valvole chiuse sono: V3, V5, V7, V8, V12, V14, V16, V17, V18

Dare tensione al quadro delle pompe agendo sulla chiave 8

Collegare in serie le due pompe P1 e P2

Attivare le due pompe agendo sui relativi interruttori prima nella posizione 1 e poi nella posizione 2

Verificare il collegamento tra turbina e gruppo di frenatura dinamometrico

Regolare l'apertura della spina doble a 5, 10, 20, 30, 40 mm con un numero di giri costante di 750 r.p.m., (il numero di giri viene regolato tramite un potenziometro)

Regolare la pressione a 3 bar (costanti) agendo sulla valvola di scarico V19

Rilevare il valore di R sull'indice prismatico

Rilevare sul manometro differenziale h in mm

Ripetere l'esperienza per le diverse variazioni del numero di giri della turbina a 1000 e a 1500 r.p.m. cercando di mantenere il più costante possibile la pressione all'interno del circuito

DATI NOTI:

Peso specifico del liquido manometrico (gHg)     13600 Kgf/m3

Peso specifico dell'acqua (g)                                 1000 Kgf/m3

Pressione nella tubazione  (p)                                3 bar = 3*105 Pa

Diametro maggiore del diaframma (D)                 81mm = 0,081 m

Diametro minore del diaframma (d)                      67mm = 0,067 m

R = valore espresso dall'indice prismatico

K = fattore moltiplicativo che corrisponde alla somma dei pesetti collegati alla dinamo per determinare la coppia motrice

FORMULE E DATI DA RICAVARE:

Calcolo della portata con diaframma:

                             

       p * D2


Area maggiore :                =  0,00515 m2

                                  4

                             p * d2


Area minore :                    =  0,00352 m2

                                4

                                                           A


Rapporto di strozzatura :   m =                =  1,4618

                                                           a

Rapporto fra il diametro di strozzatura               d


e il diametro della tubazione                        r =            =  0,8271     u = 0,9

                                                                                  D

                                                               2g             g1- g         19,62


Costante del diaframma = K =                     *                =                 *  12,6   = 14,8

                                                           m2 - 1             g            1,13

portata con diaframma  = K * A * u  * Öh =  14,8 * 0,00515 * 0,9 * Öh = [ m2/s ]

Calcoli relativi alla turbina:

Coppia motrice                     C = Kp * R                [ N * m ]

                                                    

         3*105


Salto netto                             H =                  = 30,6 m    oppure  3 * 1,02 * 10 =30,6 m

                                                         9810

Potenza assorbita                 Na =  g * Q * h          [ W ]

 Potenza utile                                    Nu = C * n * w            [ W ]

                                                       2 * p * n


Velocità angolare                 w =                        [ rad/s ]

                                                             60

                                                          

          Nu


Rendimento della turbina    h =                    ( % )

                                                         Na


Sezione della spina:

La regolazione della spina avviene girando il volantino, questo ci permette di far avanzare la spina di una quantità pari a 1 mm per ogni giro di volantino


Dinamo con pesetti per calcolare la coppia motrice:

Per calcolare la coppia motrice sviluppata dalla turbina abbiamo collegato ad essa un gruppo di frenatura dinamometrico, costituito da un generatore di corrente continua (dinamo) collegato a tre resistenze poste all'interno della condotta di scarico, le quali dissipano in energia termica l'energia elettrica prodotta dalla dinamo.

Dati dell'esperienza:

N giri

p

h

h

radice q h

c. sp.

K

R

C

Q

giri/min

bar

mm Hg

m Hg

m

mm

 

 

N*m

m3/s

750

3

4,5

0,0045

0,0671

5

1,2

4

4,8

0,0046

750

3

12

0,012

0,1095

10

1,2

7,5



9

0,0075

750

3

20

0,02

0,1414

20

1,2

9,75

11,7

0,0097

750

3

28

0,028

0,1673

30

1,2

12

14,4

0,0115

750

3

31

0,031

0,1761

40

1,2

12,25

14,7

0,0121

1000

3

5

0,005

0,0707

5

1,2

4

4,8

0,0048

1000

3

11,5

0,0115

0,1072

10

1,2

6,75

8,1

0,0073

1000

3

22

0,022

0,1483

20

1,2

9,25

11,1

0,0102

1000

3

25

0,025

0,1581

30

1,2

9,75

11,7

0,0108

1000

3

28

0,028

0,1673

40

1,2

10,25

12,3

0,0115

1500

3

3

0,003

0,0548

5

1,2

1,75

2,1

0,0037

1500

3

11

0,011

0,1049

10

1,2

3,15

3,78

0,0072

1500

3

22

0,022

0,1483

20

1,2

4

4,8

0,0102

1500

3

26

0,026

0,1612

30




1,2

4,5

5,4

0,0110

1500

3

27

0,027

0,1643

40

1,2

4,75

5,7

0,0112

H

Na

Nu

h

h

m

W

W

Nu/Na

%

30,6

1378,30

376,99

0,2735

27,35

30,6

2250,75

706,86

0,3141

31,41

30,6

2905,71

918,92

0,3162

31,62

30,6

3438,08

1130,97

0,3290

32,90

30,6

3617,58

1154,54

0,3191

31,91

30,6

1452,85

502,65

0,3460

34,60

30,6

2203,36

848,23

0,3850

38,50

30,6

3047,53

1162,39

0,3814

38,14

30,6

3248,68

1225,22

0,3771

37,71

30,6

3438,08

1288,05

0,3746

37,46

30,6

1125,38

329,87

0,2931

29,31

30,6

2154,93

593,76

0,2755

27,55

30,6

3047,53

753,98

0,2474

24,74

30,6

3313,02

848,23

0,2560

25,60

30,6

3376,13

895,35

0,2652

26,52

CONCLUSIONI:

Dopo i relativi calcoli abbiamo constatato che il rendimento della turbina è (prendendo in considerazione i nostri dati e il nostro caso con un unico distributore) piuttosto alto nella parte di prova con 1000 r.p.m., possiamo quindi dedurre che la turbina pelton è una turbina che funziona meglio con un numero di giri  "intermedio" ossia non ci devono essere ne troppi giri ne pochi giri al minuto.

Possiamo poi aggiungere che se avessimo eseguito la prova con un numero di distributori maggiore il rendimento e la potenza utile sarebbero stati più elevati.

Per calcolare il numero di distributori basta fare un semplice calcolo:

                         n * Ö Na(cv)                                                  n = numero di giri al minuto


            nc =                                  [ giri /minuto]                  Na(cv) = potenza assorbita in cavalli

                          H *  4Ö H                                                     H = salto netto in metri

1 distributore                                               per  11  <  nc  < 16

2 distributore                                               per  16  <  nc  < 37

3 distributore                                               per  37  <  nc  < 52

4 distributore                                               per  52  <  nc  < 70

non possiamo però non tenere in considerazione gli eventuali errori di calcolo nel calcolare i diversi rendimenti, le potenze assorbite e quelle utili;

Altri errori possono essere causati dall'errata lettura di h del manometro differenziale, dagli attriti che si sono generati tra l'albero della turbina e l'albero del dispositivo dinamometrico collegati tra di loro tramite una cinghia e, altri errori che hanno un po' distorto i risultati.







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