Todas las generalidades sobre la Turbina Pelton, construcción.

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TURBINA PELTON:
OBJETIVOS:
OBJETIVOS GENERALES:
 Conocer las partes de una Turbina Pelton.
 Aprender de los parámetros de diseño para una Turbina Pelton.
 Estudiar las aplicaciones de la Turbina Pelton.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
 Conocer la central Hidroeléctrica Aricota.
 Reconocer la importancia de la Turbina Pelton.
 Comprender los detalles de la Turbina Pelton.
CAPITULO 1: TEORÍA GENERAL SOBRE TURBINAS
1.1 INTRODUCCIÓN:
En la actualidad es imposible imaginar la vida sin energía eléctrica, estamos
tan acostumbrados a encender y apagar el interruptor de la luz y otros
aparatos que muy rara vez nos ponemos a pensar de donde viene esta
electricidad; pues bien, un tipo de centrales generadoras son las
hidroeléctricas, éstas son plantas encargadas de convertir la energía del agua
en energía eléctrica, pero más específicamente, la turbina es la encargada de
transformar esa energía hidráulica en energía mecánica, para posteriormente
convertirla en energía eléctrica con un generador. La turbina es el alma de
una central hidroeléctrica y dependiendo de la turbina que se use es la
cantidad de electricidad que se produzca.
La turbina hidráulica es una turbomáquina motora, y por tanto esencialmente
es una bomba rotodinámica que trabaja a la inversa. Así como una bomba
absorbe energía mecánica y restituye energía al fluido; una turbina absorbe
energía del fluido y restituye energía mecánica.
¿Qué es una Turbina Hidráulica?
Una turbina hidráulica es una máquina que transforma la energía de un fluido
(energía cinética y potencial), normalmente agua, en energía mecánica de
rotación. La energía del agua puede ser por la caída en un salto de agua o
por la propia corriente de agua.
Normalmente esta energía de rotación se utiliza para transformarla en energía
eléctrica, mediante el acoplamiento de la turbina a un generador en
las centrales hidráulicas. La caída del agua y/o el paso del agua por ella hace

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girar la turbina y el eje de la turbina, que está acoplado al generador, hace que
este último gire produciendo energía eléctrica. Las turbinas hidráulicas tienen
un rendimiento muy alto que incluso puede llegar al 90%.
Partes de Una Turbina Hidráulica
Si ve la anterior imagen, el agua se recoge por una tubería de entrada y es
distribuida por varios puntos de salida mediante el distribuidor. Los puntos por
donde sale el agua se llaman toberas, hacen que el agua golpee los álabes
del rodete que hace girar el eje de la turbina también llamado rotor. El rodete
consta esencialmente de un disco provisto de un sistema de álabes, paletas
o cucharas (dependiendo tipo de turbina) sobre las que golpea el agua. El
agua sale por la tubería de desagüe o difusor hacia el cauce del río.
1.2 TIPOS-CLASIFICACIÓN DE LAS TURBINAS HIDRÁULICAS
Según la colocación de su eje: El eje de la turbina puede
colocarse horizontal o vertical.
Según la dirección en que entra el agua las turbinas pueden ser:
- Turbinas radiales-axiales: El agua entra en el rodete de forma radial para
posteriormente cambiar de dirección y salir paralela al eje de rotación de la
turbina, es decir axial o en la dirección del eje. Fíjate en la imagen de abajo.
- Turbinas axiales: el agua entra y sale paralela al eje de rotación de la
turbina.
- Turbinas Tangenciales: El agua golpea el rodete en su periferia.
También hay otra clasificación, quizás la más importante, y es según el grado
de reactividad, o lo que es lo mismo como mueve el eje de la turbina el agua.
Hay dos tipos, de acción y de reacción.
Vamos a empezar por la de acción, que es la más fácil. El agua mueve la
turbina por el golpe directo sobre los álabes del rodete. En estos casos
interesa que tengamos una gran altura de caída del agua para que golpee lo
más fuerte posible.

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Ahora veamos la de reacción. En este caso el
agua mueve el rodete, no por el golpe directo,
sino por la reacción que provoca su salida sobre
el rodete (fíjate en la figura de arriba). En este
caso nos interesa que tengamos un gran caudal
de agua que empuje el agua que entra en las
tuberías para que salga con mucha fuerza
(presión) y mueva con más fuerza el rodete. La
altura a la que cae el agua aquí no es muy
importante porque no golpea directamente los
álabes, aquí lo que interesa es que tengamos
mucho caudal de agua empujando.
Ahora veamos las características de cada una de estos tipos:
- De acción: La incidencia del agua y el sentido del giro del rodete coincide
en el punto en el que se produce el choque del agua sobre los álabes. Toda
la energía cinética con la que llega el agua a la turbina es utilizada para su
giro. La energía de presión que el agua posee a su entrada, al ser dirigida al
rodete directamente, se convierte totalmente en energía cinética (movimiento)
en el rodete. La presión del agua a la entrada y a la salida es la misma. La
más usada es la Pelton que luego veremos y explicaremos.

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- De reacción: El sentido de giro del rodete no coincide con la dirección de
entrada y salida del agua. Estas turbinas utilizan energía cinética y de presión
para mover el rodete y la presión del agua a la salida es inferior a la de entrada.
Antes de llegar el agua al rodete parte de la energía de presión que trae el
agua en su caída se transforma en energía cinética en el distribuidor, girando
alrededor de él. El distribuidor en este caso rodea todo el rodete, llegando el
agua por la totalidad de la periferia de éste, siendo por tanto la admisión del
agua total.
El agua a la salida del rodete tampoco sale a la atmósfera, sino que penetra
en un tubo llamado tubo difusor o tubo de aspiración, generándose una
depresión (absorción), cuya misión fundamental es aumentar la energía
hidráulica absorbida por el rodete. El tubo difusor desemboca en el canal de
desagüe, que devuelve el agua al cauce.
Según discurre el agua:
1. De agua fluyente. No cuentan con reserva de agua. Centrales de gran
caudal y pequeña altura. Potencia máxima en temporada de lluvias, mínima o
nula en tiempo seco. Centrales de base
2. De derivación. Constan de: pequeña presa para desviar el agua hacia la
turbina, galería de conducción, chimenea de equilibrio, tubería forzada,
central, canal de desagüe.
Según el salto de agua:
Según el salto de agua la configuración de las turbinas es distinta:
• Centrales de alta presión. Saltos grandes (> 300 m.), pequeños caudales
desalojados (20m3/s). Turbinas Pelton y Francis que reciben agua mediante
tuberías de gran longitud. Zonas de alta montaña.
• Centrales de media presión. Saltos y caudales medios (15-300 m. y
200m3/s). Turbinas Pelton, Francis y Kaplan. Embalses grandes.
• Centrales de baja presión. Saltos pequeños (< 15 m.), gran caudal
(>300m3/s). Turbinas Kaplan o Francis. Valles amplios de baja montaña.

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Según la potencia que producen:
No existe consenso para definir la pequeña hidráulica, por ello se presenta
dos clasificaciones de dos instituciones representativas en desarrollo
energético:
En otros países como Portugal, España, Irlanda, Bélgica se acepta 10MW
como límite superior de la capacidad instalada para las centrales
denominadas pequeñas centrales hidroeléctricas.
En el Ecuador específicamente se clasifican las centrales hidroeléctricas
según la norma INEN 59-2012, esta clasificación se presenta en la siguiente
tabla:
1.3. TIPOS DE TURBINAS:
a. Turbina Pelton:
Una turbina Pelton es uno de los tipos más eficientes de turbina hidráulica. Es
una turbo máquina motora, de flujo tangencial (transversal), admisión parcial
y de acción. Consiste en una rueda (rodete o rotor) dotada de cucharas en su
periferia, las cuales están especialmente realizadas para convertir
la energía de un chorro de agua que incide sobre las cucharas.

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Las turbinas Pelton están diseñadas para explotar grandes saltos hidráulicos
de bajo caudal. Las centrales hidroeléctricas dotadas de este tipo de turbina
cuentan, en su mayoría, con una larga tubería llamada galería de presión para
transportar al fluido desde grandes alturas, a veces de hasta más de 1500
metros. Al final de la galería de presión se suministra el agua a la turbina por
medio de una o varias válvulas de aguja, también llamadas inyectores, los
cuales tienen forma de tobera para aumentar la velocidad del flujo que incide
sobre las cucharas.
b. Turbina Kaplan:
Las turbinas axiales, o de hélice (propeller), se emplean de preferencia
cuando la diferencia de cotas es pequeña, menor que unos 30 metros. Estas
turbinas son las más económicas y son muy eficientes cuando se dispone del
caudal de diseño, pero su eficiencia cae rápidamente si el caudal disminuye.
La turbina Kaplan es un tipo especial de turbina de hélice en la cual las paletas
son ajustables de acuerdo al caudal. De ese modo se logra eficiencias, aún
con caudales menores al caudal de diseño.
Fig.: Turbina Pelton
Fig.: Turbina Kaplan

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c. Turbina Francis:
Las turbinas Francis son turbinas hidráulicas que se pueden diseñar para un
amplio rango de saltos y caudales, siendo capaces de operar en rangos de
desnivel que van de los dos metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto
con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea la más
ampliamente usada en el mundo, principalmente para la producción de
energía eléctrica en centrales hidroeléctricas.
CAPITULO 2: HABLEMOS SOBRE TURBINA PELTON
2.1 HISTORIA DE LA TURBINA PELTON:
LA RUEDA PELTON:
Lester Allan Pelton o llamado por sus amigos el
carpintero de VGR ya que inventó una de las
turbinas más importantes del mundo, carpintero y
montador de ejes y poleas, inventó la turbina Pelton
en 1879, mientras trabajaba en California. Obtuvo su
primera patente en 1880.
Una historia muy poco creíble dice que Pelton
inventó su rueda cuando se fijó en cómo el agua
salpicaba fuera de las fosas nasales de una vaca
mientras esta bebía de un chorro de agua y
directamente empezó a imaginarse la turbina en
su cabeza y lo que eso suponía, es decir, ese
invento podía cambiar el mundo de la energía.
Lester Allan Pelton (Vermilion, Ohio, 5 de
septiembre de 1829 – Oakland, California, 14 de
marzo de 1908) fue uno de los más importantes
inventores de finales del siglo XIX y principios
del siglo XX. Vivió la gran fiebre del oro de
California, en 1850 al comenzar la explotación
de los filones de Comstock y otras minas de oro
Fig.03: Turbina Francis

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y plata en Nevada. Fabricó con sus propios medios instrumentos que
facilitaban el trabajo de explotación de oro.
Participó en un concurso de la Universidad de California de ruedas hidráulicas
donde obtuvo el primer puesto. Sus estudios se orientaron hacia saltos de
agua relativamente elevados, llegando al tipo de rueda de cangilones, con
acción e inyección parcial por tobera que lleva su nombre, la turbina Pelton.
En el invierno de 1877-1878 probó turbinas de diferentes tamaños, incluyendo
una pequeña para hacer mover la máquina de coser casera (funcionaba, pero
él no estaba conforme con su diseño). En 1880 obtuvo también una patente
por su invención. Pelton intentó vender sus turbinas, pero con poco éxito hasta
la primavera de 1883, cuando la Idaho Mining Company de Grass Valley en
el Yuba County, California, organizó un concurso entre diferentes diseños
antes de decidir cuál diseño compraría. La turbina Pelton venció alcanzando
una eficiencia del 90.2%, mientras que las otras tres ruedas de agua que
competían solo obtuvieron el 76.5%, 69.6% y 60.5%. Después de esto sus
ventas crecieron a un ritmo trepidante y en 1888 Pelton con varios socios,
fundó en San Francisco la Pelton Water Wheel Company, que amplió aún más
la producción.
Mientras que las turbinas Pelton se
instalaron por todo el mundo, algunos
de sus mejores clientes continuaron
siendo los del "país de la veta madre",
donde comenzó su profesión. La mayor
rueda Pelton construida medía 30 pies
de diámetro y se muestra actualmente
en Grass Valley, mientras que una
rueda de 15 toneladas, expuesta en
Nevada City proporcionó 18.000 HP
(caballos de potencia) de electricidad durante cerca de 60 años. Finalmente
Pelton se trasladó a Oakland, en la Bahía de San Francisco y murió allí en
1908. Nunca se casó. Entre las turbinas Pelton más grandes instaladas hasta
el momento se encuentran las de Mont-Cenis (Alpes franceses) de 272000
HP cada una, bajo 870 m de carga.
Aplicaciones de una Turbina Pelton:
Existen turbinas Pelton de muy diversos tamaños. Hay turbinas de varias
toneladas montadas en vertical sobre cojinetes hidráulicos en las centrales
hidroeléctricas. Las turbinas Pelton más pequeñas, solo de unos pocos
centímetros, se usan en equipamientos domésticos.
En general, a medida que la altura de la caída de agua aumenta, se necesita
menor caudal de agua para generar la misma potencia. La energía es la fuerza

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por la distancia, y, por lo tanto, una presión más alta puede generar la misma
fuerza con menor caudal.
Cada instalación tiene, por lo tanto, su propia combinación
de presión, velocidad y volumen de funcionamiento más eficiente.
Usualmente, las pequeñas instalaciones usan paletas estandarizadas y
adaptan la turbina a una de las familias de generadores y ruedas, adecuando
para ello las canalizaciones. Las pequeñas turbinas se pueden ajustar algo
variando el número de toberas y paletas por rueda, y escogiendo diferentes
diámetros por rueda. Las grandes instalaciones de encargo diseñan el par
torsor y volumen de la turbina para hacer girar un generador estándar.
2.2 PARTES DE UNA TURBINA PELTON:
Está constituido por uno o varios equipos de inyección de agua, cada uno
formado por varios elementos mecánicos
1. DISTRIBUIDOR:
Tiene como misiones:
• Dirigir un chorro de agua (cilíndrico y de sección uniforme) hacia el rodete.
• Regular el caudal que ha de fluir hacia dicho rodete, llegando a cortarlo
totalmente cuando proceda.
• Para paradas rápidas debe contar con una pantalla deflectora que desvíe el
chorro a la salida.

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El número de equipos de inyección,
colocados circunferencialmente alrededor
de un rodete, depende de la potencia y
características del grupo, según las
condiciones del salto de agua.
En turbinas Pelton con eje vertical pueden
ser hasta seis los equipos que proyectan
chorros de agua sobre un mismo rodete,
derivando todos y cada uno de ellos de la
tubería forzada.
En turbinas Pelton con eje horizontal los inyectores instalados son
normalmente uno o dos.
Se puede disponer de más de un rodete en el mismo eje, cada uno de ellos
dotado de el/los distribuidor/es apropiado/s.

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Cada equipo de inyección está formado por los siguientes elementos:
• Cámara de distribución
Consiste en la prolongación de la tubería forzada, acoplada a ésta mediante
brida de unión, posteriormente a la situación de la válvula de entrada a turbina,
según la trayectoria normal del agua Tiene como misión fundamental conducir
el caudal de agua. Igualmente, sirve de soporte a los demás mecanismos que
integran el distribuidor
• Inyector:
Es el elemento mecánico destinado a dirigir y regular el chorro de agua.
Transforma la energía de presión en cinética (la velocidad del agua puede ser
superior a 150 m/s). Está compuesto por:
 una tobera.
 una aguja.
 un deflector.
 un regulador de velocidad.
2. INYECTOR:
 Aguja:
Es un vástago de acero muy duro situado concéntricamente en el interior del
cuerpo de la tobera, guiado mediante cojinetes sobre los cuales tiene
movimiento de desplazamiento longitudinal en dos sentidos.
 Tobera:
Se trata de una boquilla, normalmente con orificio de sección circular (puede
tratarse de otra sección), de un diámetro aproximado entre 5 y 30 cm,
instalada en la terminación de la cámara de distribución.

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 Deflector:
Es un dispositivo mecánico que, a modo de pala o pantalla, puede ser
intercalado con mayor o menor incidencia en la trayectoria del chorro de agua,
entre la tobera y el rodete. Sirve para evitar el embalamiento y el golpe de
ariete (cierres bruscos).
 Regulador de velocidad:
Conjunto de dispositivos electro-mecánicos, (servomecanismos, palancas,
bielas) diseñados para mantener constante la velocidad del grupo, a fin de
que la frecuencia de la corriente generada tenga, en todas las circunstancias
de carga, 50 Hz.
3. RODETE:
Es la pieza clave donde se transforma la componente cinética de la energía
del líquido en energía mecánica o, dicho de otra manera, en trabajo según la
forma de movimiento de rotación. Está compuesto por:
• Rueda motriz.
• Alabes, cucharas o cazoletas.
La rueda motriz está unida rígidamente al eje, montada en el mismo por
medio de chavetas y anclajes adecuados.
Los álabes, pueden ser piezas independientes o constituir una pieza única,
están diseñados para recibir el empuje directo del chorro de agua. Su forma
es similar a la de una doble cuchara, con una arista interior afilada y situada
centralmente en dirección perpendicular hacia el eje (divide al álabe en dos
partes simétricas de gran concavidad). Esto permite compensar los empujes
axiales.
Cada álabe lleva en su extremo periférico una escotadura centrada en forma
de W. Con ello se consigue que las cazoletas no reciban el chorro de agua

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hasta que su arista se encuentre en la posición perpendicular respecto al eje
del chorro, aprovechando al máximo el caudal y el impulso que éste le
proporciona al acompañarle durante un corto trayecto.
Las turbinas Pelton cuyo ns es pequeño se llaman lentas y aquellos cuyo
ns es grande se llaman rápidas. En efecto, la ecuación anterior demuestra
que de dos turbinas de la misma potencia y el mismo salto neto, la que tenga
un ns más pequeño girará más lentamente: dicha turbina es más lenta que la
otra. Sin embargo, la misma ecuación demuestra que el término lento o rápido
no se refiere al r.p.m. real de la máquina. En efecto, si dos turbinas Pelton de
ns pequeño y grande respectivamente giran a la misma velocidad n y tienen
la misma potencia Nu, la turbina llamada lenta (aunque en este caso gira al
mismo r.p.m. que la rápida) requerirá un salto mayor (para óptimo
rendimiento) que la turbina llamada rápida. O bien, la misma ecuación
demuestra que si estas dos turbinas giran al mismo número de revoluciones
y trabajan en el mismo salto neto, la turbina rápida tendrá que desarrollar
mayor potencia y por tanto, deberá absorber mayor caudal, porque la altura
neta es la misma (para óptimo rendimiento) que la turbina lenta.
4. EJE:
Rígidamente unido al rodete y situado adecuadamente sobre cojinetes
debidamente lubricados, transmite el movimiento de rotación al eje del
alternador
En el mismo eje pueden estar unidas varias turbinas y un generador.
5. SISTEMA DE FRENADO:
Además de intercalar totalmente el deflector, se puede disponer de un circuito
derivado de la cámara de distribución que permite proyectar agua uno o varios
contra chorros incidente sobre la zona convexa de los álabes, favoreciendo el
rápido frenado del rodete.

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6. CARCASA:
Es la envoltura metálica que cubre los inyectores, rodete y otros elementos
mecánicos de la turbina Su misión consiste en evitar que el agua salpique al
exterior cuando, después de incidir sobre los álabes los abandona.
7. CÁMARA DE DESCARGA:
Es la zona por donde cae el agua libremente hacia el desagüe, después de
haber movido al rodete. También se conoce como tubería de descarga. Para
evitar deterioros debidos a la acción de los chorros de agua, especialmente
de los originados por la intervención del deflector, se suele disponer en el
fondo de la cámara de descarga de un colchón de agua de 2 a 3 m de espesor.
Con el mismo fin, se instalan blindajes, bloques de granito o placas, situadas
adecuadamente, que protegen la obra de hormigón.
8. BLINDAJE Y DESTRUCTOR DE ENERGÍA:
Protegen la infraestructura contra el efecto destructor del chorro desviado.
2.3 CLASIFICACIÓN DE LAS TURBINAS PELTON:
Las turbinas Pelton se clasifican generalmente por la posición del eje que
mueven, por lo tanto existen dos clasificaciones: EJE HORIZONTAL Y
EJE VERTICAL.
a. Disposición Horizontal:
En esta disposición solo se pueden instalar turbinas de uno o dos chorros
como máximo, debido a la complicada instalación y mantenimiento de

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los inyectores. Sin embargo, en esta posición, la inspección de la rueda en
general es más sencilla, por lo que las reparaciones o desgastes se pueden
solucionar sin necesidad de desmontar la turbina.
b. Disposición Vertical:
En esta posición se facilita la colocación
de alimentación en un plano horizontal y
con esto es posible aumentar el
número de chorros sin aumentar el
caudal y tener mayor potencia por
unidad. Se acorta la longitud entre
la turbina y el generador,
disminuyen las excavaciones
y hasta disminuir al diámetro de la rueda y aumentar la velocidad de giro.
Se debe hacer referencia que en la disposición vertical, se hace mas difícil
y, por ende, más caro su mantenimiento, lo cual nos lleva a que esta
posición es más conveniente para aquellos lugares en donde se tengan aguas
limpias y que no produzcan gran efecto abrasivo sobre los álabes.
Fig. : Pelton de 1 chorros (eje horizontal)
Fig. : Pelton de 2 chorros (eje horizontal)
Fig.: Pelton de eje vertical Fig.: Pelton de eje vertical

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POR EL NÚMERO DE INYECTORES O CHIFLONES:
Fig.: Pelton de eje vertical y eje horizontal

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2.4 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA RUEDA PELTON:
Las cucharas o cazoletas operan a grandes esfuerzos vibratorios por lo que
requieren suficiente resistencia a fatiga. Y debe de fabricarse con procesos
cuidadosos para que soporte condiciones de desgaste y resonancia, así como
funcionar óptimamente en situaciones de presión, temperatura y viscosidad
del fluido.
Es necesario que el montaje y la construcción de las cucharas se hagan con
mucha precisión para evitar vibraciones excesivas durante el funcionamiento.
Las turbinas suelen fabricarse en muchos casos de acero inoxidable, que son
aleaciones a base de hierro, carbono, cromo, níquel, molibdeno entre otros

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elementos, que le confieren al material una excelente resistencia a la
corrosión.
Formas de aumentar el rendimiento de una turbina:
-Modificar el diseño para minimizar las diferencias de presión hidráulica en el
flujo de medio corrosivo.
-Seleccionar materiales con mayor resistencia a la cavitación.
Acero inoxidable martensítico son los llamados aceros inoxidables altamente
aleado con cromo y otros elementos. Presentan buena resistencia a la
corrosión y son magnéticos.
El rodete o rueda PELTON está constituido por un disco de acero con álabes,
como ya se ha dicho, de doble cuchara ubicados en la periferia de la rueda.
Estos álabes puedes estar fundidos con la misma rueda o unidos
individualmente por medio de bulones o pernos.
La forma de fabricación más común es por separado álabes y rueda ya que
facilita su construcción y mantenimiento. Se funden en una sola pieza rueda
y álabes cuando la rueda tiene un gran velocidad específica, con este proceso
de fabricación se logra mayor rigidez, solidez uniformidad y montaje rápido.

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Se debe tener especial cuidado al escoger el material de fabricación
adecuado en una turbina pelton; este material debe resistir la fatiga, la
corrosión y la erosión; la fundición de grafito laminar y acero,
resisten perfectamente estas condiciones cuando son moderadas. Cuando
las condiciones trabajo son más drásticas se recurre al acero cliado con
níquel, en el orden de 0.7 a 1%, y con un 0.3% de molibdeno. Los aceros con
13%de cromo y los aceros austenoferríticos (Cr 20, Ni 8, Mo3) presentan una
resistencia extraordinaria a la cavitación y abrasión.
El Número de álabes suele ser de 17 a 26 por rueda, todo esto dependiendo
de la velocidad específica; cuando se necesita una velocidad alta el número
de álabes es pequeño debido a que a mayor velocidad específica, mayor
caudal lo que exige álabes más grandes y con esto caben menos en cada
rueda.
Factores que pueden afectar la eficiencia en las turbinas:
a) Fricción en la carcasa.
b) Fricción y turbulencia en las superficies guías.
c) Turbulencia según el agua que ingresa al rodete.
d) Fricción en la estructura del rodete
e) Porosidad en los alabes y mal acabado de estos.
Factores que Influyen en las pérdidas en las Turbinas Pelton:
 El Tamaño de la Maquina.
 El Tipo de rotor (Axial, Radial).
 Tiempo de uso de la turbina.
Clasificación de las Pérdidas:
a) Perdidas Internas:
 Perdidas por Fugas.
 Perdidas Hidráulicas.
Fig.: Pelton con alabes y la rueda fundidos
en una sola pieza.
Fig.:Peltonconalabesunidos al rodete por medio
de pernos.

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 Perdidas Aerodinámicas.
 Perdidas por rozamiento.
 Perdidas por separación.
b) Perdidas Externas:
 Perdidas en el Disco.
 Perdidas en la Fricción de los Cojinetes.
 Perdidas en las Empaquetaduras.
 Perdidas en los volantes y poleas.
 Perdidas en las bombas de lubricación.
c) Perdidas Volumétricas:
 En este tipo de pérdidas de caudal se deben a las fugas, y para que existas
estas fugas debe haber una luz oh intersticio y una diferencia de presión, estas
fugas volumétricas pueden ser internas oh externas.
2.5. DIMENSIONES PARA CALCULAR UNA TURBINA PELTON:
Dimensiones de la turbina Pelton (de impulso)
Las principales dimensiones del rodete están determinadas por el coeficiente
de velocidad periférica (φ) y la función de correlación para datos disponibles
de varias turbinas se muestra en la figura.
Con esos datos se determina la expresión:
Φ = 0.5445 – 0.0039 Nsj
donde Nsj está en sistema métrico y la potencia en kW.
Cuando se conocen los valores del coeficiente de velocidad periférica (Φ) y la
velocidad de rotación (N’) es posible calcular el valor del diámetro de la rueda
(D2).
D2 = 84.5 ((Hd) ˆ1/2)/ N’
También se puede calcular empleando el parámetro d/D2, donde d es el
diámetro del chorro.

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En la siguiente figura se muestra la curva d/D2 – Ns y la ecuación interpolación
es:
d / D2 = Nsj / (250.74 – 1.79 Nsj)
Recordando que Nsj depende de i que es el número de chiflones.
Dimensiones del rodete:
La expresión para D3 queda en función de D2 y Nsj, como se muestra a
continuación
D3 / D2 = 1.028 + 0.0137 Nsj
El ancho H1 y la longitud H2 de los cangilones o cucharones se dan como una
función del diámetro del chorro (d) de acuerdo a las siguientes expresiones
H1 = 3.20 d 0.96
y

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H2 = 3.23 d 1.02
Dimensiones de la caja
Las principales dimensiones de la caja de la turbina Pelton dependen
principalmente del diámetro exterior (D3) de la rueda.
Se muestran las dimensiones de la caja: F, G, H, I, Lp, M y N.
Donde:
G es la distancia entre el eje de la rueda y la parte superior de la caja y está
en función de D3. Y su ecuación es:
G = 0.196 + 0.376 D3
Se muestra la función de interpolación para obtener Lp en función de D3 y
representa el diámetro en planta de la caja.
Cuya función de interpolación es:
Lp = 0.78 + 2.06 D3

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Y hallamos F, H e I en función de Lp:
Y están expresadas por las siguientes ecuaciones:
F = 1.09 + 0.71 Lp; H = 0.62 + 0.513 Lp I = 1.28 + 0.37 Lp
Se muestran también las dimensiones de M y N, donde M se obtiene
geométricamente de un hexágono inscrito en el círculo de diámetro Lp = M,
cuyos lados valen I y N es el diámetro de un círculo inscrito al hexágono
anterior.
Dimensiones de la carcasa espiral
Para una turbina Pelton de cuatro chiflones, las principales dimensiones de la
carcasa espiral son los valores de A, B, C, D y E.
Donde A es el diámetro final de la conducción de la obra de toma e inicio de
la carcasa espiral cuya geometría en planta está dada por B, C, D y E, que se
obtienen de las siguientes funciones de interpolación, donde Lp es el diámetro
de la caja.
B = 0.595 + 0.694 Lp ; C = 0.362 + 0.68 Lp 10.5.9
D = – 0.219 + 0.70 Lp ; E = 0.43 + 0.70 Lp 10.5.10
En el caso de que la turbina tuviera más de 5 ó 6 chiflones, la carcasa espiral
no aumenta sus dimensiones de manera considerable, por lo que se pueden
usar las funciones anteriores para su dimensionamiento.
Velocidad del chorro a la salida de la tobera:
Con lo que la velocidad de salida del chorro de agua en la tobera es expresada
de la siguiente manera:

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En el cálculo se define un coeficiente de velocidad conocido como Kc, este
coeficiente se puede estimar entre 0.97 y 0.98.
Fig.: Diagrama de velocidades en la cuchara.
Velocidad Tangencial:
Se expresa por:
Donde:
Velocidad Relativa:
La velocidad relativa W2 se expresa por:
Por continuidad y considerando que el chorro pierde velocidad por efecto de
la friccion en la cuchara, W1 se expresa como:

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Donde:
Kf representa el coeficiente de velocidad relativa, puede ser estimada en un
0.98.
Velocidad absoluta a la salidad de la cuchara:
Esta velocidad se calcula por:
El angulo β1 tiene un valor comprendido entre 5° y 20°, para aplicaciones en
series estandarizadas β1 se considera 10°.
Eficiencia hidraulica teorica de la turbina:
Para hallar la eficiencia hidraulica de la turbina se calcula de la siguiente
manera:
Geometría del inyector:
Los inyectores de la turbina Pelton están formados por un codo de sección
circular el cual decrece en forma progresiva, un tramo recto de sección circular
donde se monta una aguja con cabeza en forma de bulbo y una boquilla que
orienta el flujo de agua en forma tangencial al rodete.
Además de la regulación con agua, generalmente se considera la regulación
de caudal mediante un deflector. Esta regulación permite evitar riesgos de
golpe de ariete, producto de un cierre brusco de la aguja.
Diámetro De Salida De La Tobera:
Para facilitar la regulación es conveniente diseñar el inyector de manera que
exista proporcionalidad entre la turbina y la traslación x de la aguja medida a
partir de la obturación total de la tobera. Suponiendo, como sucede en la
realidad que Kc (coeficiente de velocidad de la tobera) no varía
impresionablemente con el caudal, entonces la potencia será proporcional al
caudal y éste a la sección de paso de la tobera normal al flujo.
Las dimensiones de la tobera están en función del diámetro del chorro, el cual
se determina utilizando la fórmula:

29. pág. 29
Donde:
El caudal nominal de la turbina Pelton será entonces:
Según lo dicho anteriormente el diametro de salida de la tobera será:
En la presente tabla se pueden observar las proporciones de las dimensiones
de la tobera en función del diametro del chorro.

30. pág. 30
Fig.: Tobera de una Turbina Pelton.
Radio De Curvatura Del Bulbo
El radio de curvatura del bulbo ha de ser grande, a fin de evitar
desprendimientos, el diámetro b del mismo suele hacerse de manera que:
b = 1,25 x d
El diámetro d de salida de la tobera se diseña, de manera que el diámetro
máximo del chorro d se alcance cuando l sea:
l= d/2
Los valores ordinarios o comunes que se construye el bulbo son
La carrera del vástago de la válvula de aguja suele hacerse mayor que la
necesaria para obtener el diámetro máximo del chorro, esto con el fin de
obtener una reserva de potencia.
Fig.: Bulbo de la aguja del inyector.
Fuerza Necesaria Para Mover La Aguja:
Para el diseño del sistema de regulación es esencial un conocimiento de la
fuerza necesaria para mover la válvula de la aguja, así como la reducción de
ésta a un mínimo, procurando que sea constante en toda la carrera de la
válvula, sobre dicha válvula de aguja del inyector cerrado actúa la fuerza
hidrostática que el agua ejerce sobre el bulbo de la válvula de aguja y la
prensa estopa. La fuerza total hidrostática en este caso será:
Rendimiento del Inyector:

31. pág. 31
El rendimiento del inyector depende de la velocidad del chorro de agua a la
salida del la tobera o inyector, de la fuerza de gravedad y la caída de agua o
altura neta, el rozamiento del agua en las paredes del inyector es un parámetro
que está presente en disminución del rendimiento del inyector.
Forma De La Cuchara:
Las cucharas son conformadas por dos semielipsoides que forman una arista
o nervio que divide el chorro de agua en dos partes.
Para determinar la forma de la cuchara se procede a utilizar el método grafico.
El cual consta de trazar diversos arcos y líneas con los valores obtenidos por
el cálculo.
Fig.: Determinacion de la geometria de la cuchara.

32. pág. 32
Fig.: Cuchara de una Turbina Pelton:
La escotadura exterior de la punta de la cuchara, se denomina a veces la boca
de la cuchara, esta parte admite diferentes diseños, su forma óptima solo se
puede determinar experimentalmente. En las diferentes formas la escotadura
puede estar formada por un solo arco de curvas, a veces lateralmente está
formado por líneas rectas y paralelas.

33. pág. 33
CAPITULO 3: CENTRAL HIDROELECTRICA ARICOTA I Y II:
3.1 CENTRAL HIDROELECTRICA DE ARICOTA:
1. LAGUNA DE ARICOTA:
La laguna Aricota se encuentra en el departamento de Tacna, provincia de
Candarave, Distrito de Curibaya, en Perú. Se ubica a 2.800 m.s.n.m. y
acumula entre 80 millones y 280 millones de m3 en una superficie de 1440
km2. Los ríos Salado y Callazas son tributaria del lago.
Actualmente la laguna de Aricota tiene cinco túneles y su volumen
almacenado es del orden de 280 millones de metros cúbicos (MMC), la
regulación promedio anual que se extrae de la laguna es del orden de 1,5
m3/s lo que le permite operar con un factor de planta para Aricota I de 33% y
el caudal promedio para Aricota II es de 2,3 m3/s con un factor de planta de
50%, es decir las centrales tienen limitaciones de agua para operar con
factores de carga altos; también integran el comité multisectorial con los
agricultores y otras entidades a fin de establecer la regulación de agua para
uso agrario y minero.
La laguna de Aricota, que se alimenta de los ríos Salado y Callasas, tiene una
capacidad bruta de almacenamiento de 804 millones de metros cúbicos, 10
km de largo por 1 km de ancho, un área de cuenca de 1456 km2, nivel máximo
de 2770.8 m.s.n.m., nivel mínimo de 2718 m.s.n.m. y una profundidad máxima
de 120 metros. El agua para las centrales es extraída mediante dos bombas
de 760 KW, 2300 V y un caudal de 2.3 m3/s si el nivel esta por debajo del túnel
o, por gravedad, si el nivel está por encima del túnel.
El túnel de conducción a la central de Aricota I tiene 4050 metro de longitud y
es a pelo libre, luego a través de la tubería forzada de 1414 metros llega a la
casa de máquinas y el agua turbinada pasa al reservorio de Aricota I de 6100
m3. El túnel hacia Aricota II tiene 4212 metros de longitud a pelo libre, la
tubería forzada tiene 647 m de longitud y el agua descargada al reservorio de
compensación de 45000m3; luego el agua es utilizada por el sistema de riego
del Valle Locumba.
Actualmente la laguna tiene cinco túneles y su volumen almacenado es del
orden de 280 millones de m3 (MMC), la regulación promedio anual que se
extrae de la laguna es del orden de 1.5 m3/s lo que le permite operar con un
factor de planta para Aricota I de 33% y el caudal promedio para Aricota II es
de 2.3 m3/s con un factor de planta del 50%, es decir las centrales tienen
limitaciones de agua para operar con factores de carga altos, también integran
el comité multisectorial con los agricultores y otras entidades a fin de
establecer la regulación de agua para uso agrario y minero. Esta laguna posee

34. pág. 34
un gran potencial turístico, la pesca deportiva y el paseo en embarcaciones
son actividades que no demandan infraestructura e inversión considerable y
debe ser gestionado por las comunidades cercanas.
2. CENTRAL HIDROELÉCTRICA ARICOTA 1:
UBICACIÓN:
La Central Hidroeléctrica Aricota 1 se encuentra ubicada en el distrito de
Curibaya, provincia Candarave, región Tacna.
a. Características principales:
 Turbina: Tipo Pelton de Eje horizontal.
Número de Unidades: Dos.
Número de Inyectores: Dos inyectores, Superior e inferior, distribuidos por el
pantalón Distribuidor.
Salto Nominal: 617.1 metros.
Descarga: 2.3 m3/seg.
Grupos instalados 2
Potencia Instalada 11.9 MW por
Grupo
Altura Neta 642.70 m
Caudal nominal 2,30 m3/s, por
Grupo
Tipo de turbina Pelton eje
horizontal
Tensión Nominal 11 KV
Fig.: Laguna de Aricota
Fig.: C.H. Aricota 1

35. pág. 35
Potencia: 12 200 KW (20 cangilones).
Válvula Esférica: 600 mm de diámetro.
 Generador:
Tipo: Síncrono, Trifásico.
Número de Polos: 10.
Potencia: 14 000 KVA.
Velocidad: 720 RPM.
3. CENTRAL HIDROELÉCTRICA ARICOTA 2:
UBICACIÓN:
La Central Hidroeléctrica Aricota 2 se encuentra ubicada en el distrito de
Curibaya, provincia Candarave, región Tacna.
a. Características Principales:
• Turbina: Tipo Pelton de Eje vertical.
Número de Unidades: Una.
Número de Inyectores: Cuatro Inyectores.
Salto Nominal: 311.8 metros.
Descarga: 4.6 m3/seg.
Potencia: 12 200 KW (17 cangilones).
Válvula Esférica: 600 mm de diámetro.
• Generador:
Tipo: Síncrono, Trifásico.
Unidades: Uno.
Grupos instalados 1
Potencia Instalada 11.9 MW
Altura Neta 324 m.
Caudal nominal 4.6 m3/s
Tipo de turbina Pelton eje vertical
Tensión Nominal 11 KV
Fig.: C.H. Aricota 2

36. pág. 36
Potencia: 14 000 KVA.
Velocidad: 514 RPM.
4. UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE LAS INSTALACIONES:
Central Hidroeléctrica Aricota 1 y 2:
 Distrito: Curibaya
 Provincia: Candarave
 Departamento: Tacna
Fig.: Esquema Geográfico.

37. pág. 37
5. ESQUEMA HIDRAULICO DE LAS CC.HH. ARICOTA:
6. FAUNA EN LA LAGUNA DE ARICOTA:
Alberga en sus aguas las truchas arco iris, además es hábitat de aves como
patillos y guallatas. Allí se encuentra la central hidroeléctrica de Aricota que
abastece a Moquegua y Tacna.
3.2 MANTENIMIENTO DE LA TURBINA PELTON EN LA CENTRAL
ARICOTA:
Programas de mantenimiento:
1. Describir los tipos de mantenimiento que llevan a cabo (preventivo,
predictivo, correctivo, etc.).
En EGESUR se ejecutan tres de tipos de mantenimiento:
Fig.: Trucha arco iris

38. pág. 38
a) Mantenimiento preventivo
Consiste en efectuar actividades de rutina (limpieza, ajustes, lubricación,
inspecciones) que se programa en forma anual con tres tipos de
intervenciones:
-Plan 1: Actividades menores, de acuerdo la complejidad e importancia
de los equipos tienen hasta 8 intervenciones en el año.
-Plan2: Actividades que implica desmontaje o desarmado de equipos y
requiere que el sistema este parado, se realiza evaluación de desgastes.
La intervención es una vez al año. -Plan3: Actividad que requiere para
de sistema hasta por una semana (una vez al año) se efectúan cambio
de elementos, reparaciones mayores.
b) Mantenimiento correctivo
Aplica para reparaciones e intervenciones de equipos afectados por
fallas imprevistas, implica según la magnitud de la falla, cambio de
componentes y equipos con paralización de la producción.
c) Mantenimiento predictivo
Está dirigido a realizar seguimiento a la evolución de parámetros de
control (temperatura, presión, vibración, ultrasonido, químicas, físicas,
gases, tensión, corriente, potencia, etc) a fin de detectar desviaciones
que den un indicio de mala operación en el equipo/sistema y este sea
intervenido antes que se produzca una falla.
2. Organización del personal técnico de la C.H. Aricota:
I.Plan de mantenimiento:
El plan de mantenimiento está previsto para conocer el estado actual y
la evolución futura de los equipos principales de la central, obteniendo la
máxima información de cómo el funcionamiento afecta a la vida de la

39. pág. 39
turbina, del generador y del transformador, con el objetivo de detectar
cualquier anomalía antes de que origine un grave daño y una parada no
programada. Este plan de mantenimiento, complementado con el
ordinario, se ha convertido en una herramienta fiable para asegurar la
disponibilidad de los grupos. Básicamente consiste en la aplicación de
las técnicas siguientes:
a) Análisis de aceites:
El análisis del aceite lubricante o del aceite de regulación complementa
el diagnóstico mecánico del estado de la unidad, los análisis que se
realizan sobre la muestra del aceite incluyen las determinaciones de
viscosidad cinemática, oxidación, acidez, contenido en agua, aditivos y
contenido en metales de desgaste y de contaminación.
El análisis de los resultados obtenidos de los ensayos realizados sobre
una muestra del aceite, tomada según un procedimiento adecuado,
sobre la base de la experiencia y la existencia de un banco de datos
amplio y representativo, conduce al diagnóstico del estado del mismo,
detectando la existencia o no de un defecto, identificando el mismo y
evaluando su importancia.
b) Trabajos de lubricación
Las partes móviles de una turbina son muchas y por eso algunas
necesitan lubricación para disminuir su desgaste, entre ellas están las
toberas y la válvula de tobera de freno son lubricados por la operación y
no requieren lubricación adicional, los cojinetes articulados del varillaje
de regulación y el pistón de guía del servomotor del deflector deben
engrasarse una ves por mes, y los órganos de cierre si es necesario
deben engrasare trimestralmente. Los deflectores están guiados en
cojinetes de teflón reforzados con fibra de vidrio exentos de
mantenimiento y no requieren lubricación.
c) Controles funcionales
Mensualmente deben controlarse el funcionamiento de los sistemas de
seguridad, como interruptores límites, presostatos, medición de
velocidad, etc. Trimestralmente se debe controlar el funcionamiento de
los empaques por medio del caudal de aceite y de agua de fuga.
Anualmente debe controlarse el funcionamiento y el hermetismo de
todas las válvulas y grifos.
d) Trabajo de mantenimiento resultante del servicio:
Con el fin de eliminar sedimentos de arena en la tubería anular se debe
lavar la tubería abriendo la válvula de vaciado. La limpieza de cilindro de
agua del servomotor del deflector de cuerpos extraños se realiza
cerrando la alimentación de agua, retirar el tornillo de vaciado del cilindro

40. pág. 40
de agua y lavar la tubería y el cilindro abriendo la válvula. La
manutención de los filtros de los filtros de aceite y de agua debe hacerse
de acuerdo a las instrucciones del fabricante, la frecuencia de estos
trabajos de mantenimiento se rige de acuerdo al grado de ensuciamiento
de cada componente.
e) Revisiones:
Cada 8000 horas de servicio hay que someter la turbina a una revisión
completa. Para ello es necesario realizar los siguientes trabajos:
- Control del rodete a fisuras y superficies desgastadas. Especial
atención hay que dedicar a los cangilones y el pasaje cangelón-cubo de
rodete. Si se encuentran fisuras no se debe continuar usando el rodete.
Montar un rodete de reserva y reparar el rodete defectuoso según
instrucciones para soldaduras de reparación.
-Controlar a desgaste las puntas de aguja, asientos y cuchillas de
deflector de las toberas. Si se encuentran fallas cambiar la pieza con una
de repuesto.
-Controlar el llenado y el estado del aceite, de ser necesario cambiarlo o
filtrarlo. Antes de poner aceite nuevo es necesario filtrarlo. Fineza 5 лm.
-Controlar a asiento firme uniones de tornillos, pernos y seguros en toda
la turbina.
-Controlar si el pintado tiene fallas y/o corrosión en la superficie en
contacto con agua en especial la superficie de la tubería anular y del foso
de la turbina. Partes falladas hay que desoxidar y proteger con pintura
de acuerdo a las instrucciones de conservación.
II.Instrucciones para soldadura de reparación en el rodete.-
1) Observación previa:
Los fabricantes y proveedores de fundiciones toman las medidas
convenientes de prueba y de control durante la fundición y mecanización
de un rodete, de manera que se entregan con forma y propiedades
superficiales óptimas. No obstante que se descubra un defecto en la
fundición durante el servicio de la pieza. A fin de evitar averías más
grandes es imprescindibles atenerse al programa de revisión y control.
Para la subsanación de los defectos comprobados debe procederse
conforme a las siguientes instrucciones de reparación.
2) División en zonas:

41. pág. 41
Cada pieza posee secciones críticas sometidas a grandes esfuerzos así
como zonas menos solicitadas. En estas últimas las magnitudes
admisibles válidas para defectos comprobados, así como las
condiciones que se deben cumplir en las reparaciones necesarias,
pueden ser adaptadas a la solicitación menor. Motivos para ello son, en
lo esencial, solamente económicos.
3) Controles:
Los controles a realizar se pueden llevar a cabo visualmente, por líquidos
penetrantes o magnéticos. En el primer caso el control consta de una
revisión lo más completa posible de todo el rodete, incluyendo los lados
posteriores del cangilón y las superficies del cubo. El control mediante
líquidos penetrantes revela fisuras o poros mediante marcas de color en
la superficie. Utilizando un aparato magnetizante y una suspensión fluida
de polvo (negra o fluorescente) se revelan las marcas lineares superiores
a 2 mm de longitud.
4) Límites de tolerancia:
Zona A: Marcas lineares de 2 mm de longitud
Marcas redondeadas de 6 mm de diámetro
Efectos mates de cavitación hasta una rugosidad considerable.
Zona B: Marcas lineares de 3mm de longitud
Marcas redondeadas de 10 mm de diámetro
Zona C: Marcas lineares de 5 mm de longitud
Marcas redondeadas de 10 mm de diámetro
Efectos de cavitación hasta rugosidad considerable.
5) Subsanación de defectos:
Todos los defectos que sobrepasen los límites mencionados arriba
deben ser rectificados. Defectos pequeños en la zona de flujo pueden
ser rectificados plenamente para así evitar tener que soldar. Lugares
mates se deben pulir, en estos hay que tener especial atención que no
se formen ondulaciones.
6) Soldado:
Limpieza: todos los lugares a soldar, incluyendo los al redores deben
estar libres de óxidos, corrosión, aceite y agua.
- Definición del tamaño: pequeña, mediana o grande

42. pág. 42
- Procedimiento de soldado:
Con cantidades mayores de material de soldadura, soldadura manual
eléctrica con alambre de soldar del mismo género con revestimiento
calcio básico.
Con ligares a soldar pequeños, en especial la boca de cangilón de
pared delgada, soldadura con tungsteno y gas inerte, con alambre de
soldar del mismo género.
-Calificación del soldador: cada soldador tiene que comprobar su
capacidad para soldar, en una soldadura de ensayo.
-Precalentamiento: la zona a precalentar tiene que extenderse por lo
menos sobre el ancho del cangilón, para que se pueda dilatar y luego
contraerse, a una distancia omnilateral de 300 mm como mínimo.
Temperatura máxima 350ºC.
-Capa de cubrición: terminado el soldado hasta llenar la costura
totalmente, se rebaja el material sobrante dejando solo 1 mm. Luego
se aplica una capa de cubrición (una capa de bonificación sin tocar el
material base circundante 2 – 3 mm de distancia), rebajándola
nuevamente.
Enfriamiento: debe ser controlado con cubierta de protección hasta por
debajo de 80ºC.
-Limpieza: rectificar el área soldada a ras con la superficie circundante.
-Controlar
-Martillado: para la generación de una pretensión por compresión en la
superficie, la soldadura que no fue sometida a un tratamiento térmico,
han de ser martillados cuidadosamente y uniformemente.
-Tratamiento térmico posterior: consta de un recocido a 600ºC durante
30 minutos por capa de 25 mm de espesor con un enfriamiento
controlado posterior.
3.3 MANTENIMIENTO EN LAS TURBINAS PELTON
OBJETIVOS
 Evitar, reducir, y en su caso, reparar, las fallas sobre los bienes
 precitados.
 Evitar detenciones inútiles o paro de máquinas.
 Evitar accidentes.
 Evitar incidentes y aumentar la seguridad para las personas.
 Conservar los bienes productivos en condiciones seguras y
 preestablecidas de operación.
 Balancear el costo de mantenimiento con el correspondiente al lucro
 cesante.
 Alcanzar o prolongar la vida útil de los bienes.

43. pág. 43
3.3.1 CARACTERÍSTICAS DEL MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE
LAS TURBINAS PELTON
PROGRAMA DE MANTENNIMIENTO DE UNA CENTRAL
HIDROELECTRICA CON TURBINA PELTON:
El mantenimiento predictivo es entonces una técnica para pronosticar el
punto futuro de falla de un componente de una máquina, de tal forma
que dicho componente pueda reemplazarse, con base en un plan, justo
antes de que falle. Así, el tiempo muerto del equipo se minimiza y el
tiempo de vida del componente se maximiza.
Al utilizar esta técnica supone la medición de diversos parámetros que
muestren una relación predecible con el ciclo de vida del componente.
Algunos ejemplos de dichos parámetros son los siguientes:
• Vibración de cojinetes
• Temperatura de las conexiones eléctricas
• Resistencia del aislamiento de la bobina de un motor
El uso del mantenimiento predictivo consiste en establecer, en primer
lugar, una perspectiva histórica de la relación entre la variable
seleccionada y la vida del componente.
TURBINA PELTON:
En nuestro medio los tipos de turbinas que se encuentran con frecuencia
son: Pelton, Francis y flujo transversal o Michell-Banki.
Las turbinas necesitaran poco mantenimiento en la medida en que el
agua se mantenga limpia.
El desgaste de los rodetes y elementos directrices del agua ocurren a lo
largo del tiempo, por lo que será necesario realizar una inspección anual

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rigurosa que proporcione información acerca de cuál es el avance del
desgaste. Esta es la forma más adecuada de controlar el desgaste y
tener suficientes criterios para programar una reparación general.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS.
El mantenimiento correctivo consiste en restaurar las partes dañadas, es
decir, las porosidades, fisuras, irregularidades, desgastes por cavitación,
realizándose trabajos puntuales sobre estas zonas.
Para recuperar el perfil de las cucharas, será necesario un aporte de
soldadura en la totalidad de la superficie interna de las cucharas, con lo
cual se recuperará el desgaste uniforme que presenta. Se esmerilará
recuperando el perfil hidráulico y los desgastes uniformes que se
presentan en toda la superficie.
CONTROLES PREVIOS A REALIZAR.
Las pruebas y controles a realizar a los rodetes antes de proceder a su
reparación deberán ser los siguientes:
•Control de medidas de los rodetes.
•Control por líquidos penetrantes, donde se detectarán las
discontinuidades superficiales (porosidades, fisuras, etc.)
•Control con partículas magnéticas, para la detección de
discontinuidades superficiales y subsuperficiales.
•Determinación de las zonas de desgaste.
PREPARACIÓN DE PLANTILLAS.
Para realizar el esmerilado de las cucharas del rodete es necesario
previamente la fabricación de plantillas de esmerilado, las que serán
utilizadas para el proceso de esmerilado, de modo de lograr un perfil
uniforme de las cucharas.
SOLDADURA DEL DIÁMETRO EXTERIOR Y LA EMBOCADURA.
Para determinar exactamente las dimensiones del diámetro exterior del
rodete, se realizará un aporte de soldadura en la parte exterior de las
cucharas y en la embocadura de las mismas. Luego se procederá a
maquinar en un torno vertical este diámetro, así como la embocadura,
hasta darle sus dimensiones originales. Este trabajo es muy importante
porque permite además que la plantilla a fabricar se apoye en estas
partes maquinadas, lo que garantiza una precisión adecuada en el
esmerilado de las cucharas.
ESMERILADO PREVIO DEL RODETE.
El esmerilado del rodete se realizará a todo el perfil de la cuchara, de tal
manera de darle el perfil hidráulico determinado. Una vez realizada las
pruebas y controles del rodete se debe determinar las zonas que
requieren reparación; marcar los poros, desgastes, fisuras,
irregularidades, desgastes por cavitación, etc.

45. pág. 45
Todas estas zonas deberán ser esmeriladas siguiendo los siguientes
criterios:
• POROSIDADES.- Se deben esmerilar en forma puntual y hacia adentro
haciendo uso de piedras abrasivas en punta, profundizando hasta llegar
al fondo del poro.
• DESGASTES.- Se deben esmerilar en todo el área del desgaste en
forma plana y superficial, con una profundidad suficiente para lograr la
adherencia de la soldadura al material base, de modo que al aplicar el
aporte de soldadura y el esmerilado posterior, quede material de aporte.
• FISURAS.- De detectarse alguna fisura en alguna parte del rodete, será
necesario realizar un esmerilado de ésta hasta llegar al fondo del mismo,
para lo cual es necesario el uso continuo del equipo de partículas
magnéticas, con el cual se detectan las fisuras. Las fisuras
particularmente son peligrosas, por lo que es necesario poner especial
cuidado en su reparación.
• IRREGULARIDADES. Las irregularidades existentes en las cucharas
deberán ser reparadas para lo cual éstas deben ser esmeriladas de
acuerdo al grado de cada uno, para luego proceder a la aplicación de la
soldadura.
• DESGASTES POR CAVITACIÓN. Los desgastes por cavitación
generalmente se caracterizan por presentar desgastes profundos,
quedando la zona dañada en forma esponjosa; estas partes
dependiendo de la zona donde se encuentran son peligrosas, por lo cual
deben ser esmeriladas hasta encontrar el fondo del mismo.
PROCESO DE SOLDADURA.
Se aplicará soldadura a la superficie dañada y alrededores del interior
de las cucharas. No será necesario la aplicación de soldadura en toda la
superficie de la cuchara puesto que no presenta un desgaste uniforme,
que amerite este proceso.
Para realizar el proceso de soldadura, es necesario trasladar el rodete a
un horno de precalentamiento, luego calentar hasta los 150 ºC, e iniciar
el proceso de soldadura en toda la superficie y en las zonas con defectos
de la parte posterior de las cucharas. El horno debe permanecer a la
temperatura de 150 ºC hasta concluir totalmente con el aporte de
soldadura. Luego se debe dejar enfriar hasta la temperatura ambiente
dentro del horno.
PROCESO DE ESMERILADO DEL RODETE.
Una vez concluido el proceso de soldadura en las partes dañadas en el
interior de las cucharas, se debe proceder a esmerilar para dar forma
nuevamente al perfil hidráulico; previamente se hace necesario trasladar
el rodete al torno vertical y maquinar el diámetro exterior del rodete y el
ancho de la embocadura. La parte maquinada sirve como base para
colocar las plantillas y realizar el marcado del límite del proceso de
esmerilado, el cual se realiza permanentemente con el apoyo de las

46. pág. 46
plantillas. En este proceso de esmerilado se tendrá mucho cuidado
porque en él se le dará nuevamente el perfil hidráulico de las cucharas.
El proceso de esmerilado se realiza hasta lograr una superficie uniforme
libre de irregularidades con un pulido mediano, haciendo uso de piedras
finas.
CONTROL DIMENSIONAL Y PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS.
Una vez concluido con el proceso de esmerilado se realizará los
siguientes controles:
CONTROL DIMENSIONAL.
Este control consiste en verificar si el proceso de esmerilado se ha
realizado en forma adecuada, es decir si los perfiles de las cucharas se
encuentran de acuerdo al perfil de las plantillas. Existen criterios de
tolerancias para estos casos, los cuales se deben de cumplir
estrictamente. De existir discordancia con las plantillas, los errores
deben ser corregidos ya sea haciendo uso de aporte de soldadura o
esmerilado dependiendo de cada caso particular.
CONTROL POR LÍQUIDOS PENETRANTES.
Este control consiste en el uso de líquidos penetrantes y revelador para
detectar poros o fisuras superficiales que pudieran haberse presentado
en el proceso de soldadura.
De presentarse éstos, deben ser reparados siguiendo los criterios
anteriormente descritos.
CONTROL POR PARTÍCULAS MAGNÉTICAS.
Este control es muy importante porque permite detectar con mayor
exactitud los poros y sobre todo las fisuras que se pudieran haber
presentado en el proceso de soldadura y que no fueron detectadas con
el control de líquidos penetrantes.
De presentarse éstos, deben ser reparados siguiendo los criterios
anteriormente descritos.
REPARACIÓN POR SOLDADURA.
De presentarse poros, fisuras o errores que requieran aporte de
soldadura, el rodete deberá ser nuevamente trasladado al horno de
precalentamiento, y proceder al aporte una vez alcanzada la temperatura
de 150 ºC.
BALANCEO ESTÁTICO
Debidoal aporte de soldadura para la reparación integral del rodete, será
necesario realizar un balanceo estático y determinar en esta prueba el
desbalance existente; este desbalance debe ser reparado haciendo uso
de aporte de soldadura o esmerilado, el cual se determinará de acuerdo
a un estudio del desbalance existente. El balanceo estático tiene por
objeto que el peso de la soldadura aportada se distribuya uniformemente
en todas las cucharas, el cual se logra determinando los pesos de

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desbalance que existen, los cuales deben ser eliminados haciendo uso
de esmerilado o un aporte de soldadura, dependiendo del caso. Se debe
lograr disminuir este desbalance hasta lograr disminuir por debajo del
máximo permisible.
Para determinar el grado de desbalance que haya sufrido el rodete
debido al aporte de soldadura, será necesario fabricar una base o
soporte metálico para poder hacer uso de un equipo de balanceo
estático.
TRATAMIENTO TÉRMICO.
A raíz del aporte de soldadura realizada al rodete, se presentan
tensiones internas dentro del mismo, los cuales deben ser eliminados.
Un método eficaz para eliminar estas tensiones internas en los rodetes
Pelton, es el tratamiento térmico de distensión, el cual se realizará en un
horno de tratamiento térmico de control automático, especialmente
diseñado para estos casos.
PULIDO FINAL.
El pulido final se realiza para darle un acabado, esto con la finalidad de
desaparecer completamente las irregularidades que se puedan
presentar a raíz del proceso de esmerilado y darle una superficie
completamente liza; de ese modo se evita que el desgaste se produzca
anticipadamente.
CONTROL VISUAL FINAL.
El control visual final se realiza para dar el visto bueno y poder observar
cualquier irregularidad que no se haya detectado anteriormente.
3.3.2 CARACTERÍSTICAS DE LAS TURBINAS PELTON
CARACTERÍSTICAS GENERALES
Los rodetes Pelton de la Central Hidroeléctrica de Moyopampa poseen
22 cucharas o cangilones y en su fabricación se usa el acero G-X5 CrNi
13.4, que posee una estructura martensítica que se caracteriza por su
alta dureza, alta tenacidad, alta resistencia a la tracción y altos valores
de impacto; de ahí que este acero represente un material excepcional.
HISTORIA DE LOS ACEROS PARA TURBINAS PELTON
Para la fabricación de los Rodetes Pelton, se usan materiales de una alta
calidad y que poseen características muy especiales para soportar con
éxito las altas exigencias de trabajo a que son sometidos. La evolución
de estos aceros inoxidables al cromo, se inicia con el tipo de acero GX-
20 Cr 14, el cual es una aleación martensítica. Moldeado al 0.2% de
carbono y 14% de Cromo, el que le da la característica de resistencia a
la corrosión; posee una mala soldabilidad y la presencia de alto
porcentaje de Ferrita Delta disminuye considerablemente sus
propiedades mecánicas. Este acero evoluciona con el tipo G-X10 CrNi
13.1 en el que se reduce el porcentaje de carbono al 0.1% mejorando la
soldabilidad y se adiciona 1% de Níquel el que tiene por objeto reducir la

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Ferrita Delta, pero su presencia es aún alta, lo que significa que sus
propiedades mecánicas y la tenacidad son limitadas. El desarrollo
posterior que se logra a partir del acero 13.1 es bastante grande,
reduciendo el contenido de carbono al 0.05 – 0.06% se mejora
considerablemente la soldabilidad, requisito muy importante para la
reparación de Rodetes Pelton. Luego se adiciona 4% de Níquel
lográndose eliminar prácticamente la Ferrita Delta y mejorar sus
propiedades mecánicas; el acero que se obtiene es el G-X5 CrNi 13.4.De
todo este avance surge otro tipo de acero que es el G-X CrNi 16.5 y que
se uso no es aún generalizado, pero posee una alta resistencia a la
corrosión (mayor que el 13.4) por el mayor contenido de cromo y libre de
ferrita delta. Presenta similar estructura martensítica, similares
características mecánicas al acero 13.4.
CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DEL ACERO
Nos referimos sólo al acero 13.4, material con el cual están fabricados
los Rodetes Pelton.
Tipo de Acero205 CN 12 04 N, Acero Inoxidable Martensítico
G-X5 XcrNI 13.4 (dim)
Rm = 790 – 890 N/mm2 Resist. Tracción
Rel = 580 N/mm2 Limite Elástico
A % (5d) = 13 Elongación en 2”
CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DEL ACERO
Composición química:
Carbono C = 0.023 %Azufre S = 0.003 %
Fósforo
P= 0.025 %
Silicio Si = 0.42 %
Manganeso Mn = 0.57 %
Cromo Cr = 13.1 %
Níquel Ni = 3.91 %
CARACTERÍSTICAS DE LA RUEDA PESO DE LA RUEDA
Peso de la llanta = 950 Kg
Peso de las cucharas = 2675 Kg
Total = 3625 Kg
Peso de cada cangilón = 148,6 Kg
Dimensiones Principales
Diámetro exterior = 2215 mm.

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Diámetro Pelton = 1644 mm.
Diámetro Límite llanta = 1355 mm.
Diámetro limite cangilón = 1063 mm.
Largo exterior cangilón = 574 mm.
Ancho del cangilón = 631 mm.
3.3.3 EXÁMENES Y CONTROLES EN RODETES PELTON
Es necesario realizar a cada Rodete inspecciones y controles para
determinar su estado, y evitar fallas que puedan producirse en los
Rodetes.
Control de Aspecto
Este control tiene por objeto observar, en general el aspecto de los
Rodetes y detectar irregularidades por medio de una observación visual
minuciosa, en los que se analizarán principalmente tres aspectos como
son: el estado de la superficie, los defectos visuales y la conformidad del
estado de los rodetes después de las reparaciones.
Control de Calidad
Este control tiene por objeto observar el estado de los Rodetes con
apoyo de técnicas que permitan evaluar el estado interno y externo de
estos; tenemos los siguientes:- Control por Ultrasonido- Control por
Radiación (Rayos X, Rayos Gamma)- Control por Líquidos Penetrantes-
Control por Partículas Magnéticas.
Control por Ultrasonido y Radiación
Estos tipos de controles están generalmente reservados para realizar a
Rodetes en proceso de fundición. Un rodete para iniciar su
funcionamiento debe estar libre de fisuras internas por lo que deben ser
examinados minuciosamente.
Control por líquidos penetrantes o por resudación
El objeto de este examen es el de detectar defectos en la superficie y se
aplica a Rodetes con reparaciones concluidas.
El método mas generalizado consiste en usar un líquido penetrante
coloreado rojo, eliminable con agua, con el cual se impregna la
superficie; es lavada y secada, y se aplica el líquido evelador (blanco) en
suspensión en un líquido volátil. De existir fisuras, éstas saltaran a la
vista en forma de líneas coloreadas. Se debe observar la evolución de
las indicaciones desde el instante que se aplica.
Control de Partículas Magnéticas
El objeto de este examen es detectar eventuales defectos próximos a la
superficie, sean o no abiertas a la misma, y el rodete debe presentar un
ferromagnetismo suficiente. Sobre la superficie a examinar se debe
dispersar ya sea polvo magnético seco, o polvo magnético en

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suspensión con un líquido apropiado o un polvo magnético fluorescente.
El campo magnético será creado mediante paso de corriente alterna o
rectificada de 1 ó 2 alternancias a través de la pieza.
Inspección de Rodetes Pelton
A pesar de todos los exámenes a que son sometidos los rodetes Pelton
en el proceso de fabricación, pueden aparecer defectos en operación a
consecuencia de tensiones internas o porque no fueron descubiertos
anteriormente.
Las inspecciones o vigilancias periódicas son de suma importancia para
alargar la vida útil de un Rodete y permite a través de ellas detectar a
tiempo imperfecciones de mecanizado o de material.
En los Rodetes Pelton se producen diferentes tipos de fallas, como son
rajaduras o fisuras, erosiones y cavitaciones o desgaste; éstos pueden
presentarse de una manera lenta o paulatina, pero otras se presentan
en forma intempestiva, por eso es recomendable que las inspecciones a
los Rodetes en operación se realicen a plazos ya establecidos y con
frecuencia cada vez mayor.
3.3.4 EXÁMENES A EFECTUAR EN LAS INSPECCIONES
Inspección de Rodetes Pelton
Este es un examen que consiste en una observación visual minuciosa
de la totalidad del Rodete, incidiendo en el estado de la superficie de las
cucharas que determinan el grado de desgaste del Rodete, e incidir
también en una observación del estado de los filos de ataque, de las
escotaduras que es donde se inician las rajaduras o fisuras y también
principalmente del fondo del cuello o raíz de la cuchara. Una falla en esta
zona no detectada a tiempo puede traer como consecuencia la perdida
total del Rodete.
Control Visual y con Líquidos Penetrantes
Después de una observación visual al Rodete se debe realizar un control
por resudación para detectar cualquier fisura y otra anormalidad que no
hubiera podido ser detectada en la inspección visual; este examen se
debe realizar periódicamente a los Rodetes en operación.
Control de Dimensiones
El control de dimensiones consiste en la medición de los espesores de
las cucharas del rodete para determinar el grado de desgaste que
presenta en determinado momento, y a través de él decidir que tipo de
reparación se debe realizar. Se debe ir observando el avance del
desgaste de un Rodete entre inspecciones y proyectar la posible fecha
de la reparación.
3.3.5 TIPOS DE DESGASTE EN RODETES PELTON
Los Rodetes Pelton están sometidos a varios tipos de desgaste, los que
se mencionan a continuación:

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Desgaste por Cavitación
Este tipo de desgaste se produce por la presencia de flujos turbulentos
que originan la formación de burbujas de aire o bolsas de vapor, los que
al encontrarse entre ellas en forma rápida y continua producen presiones
del orden de 30 000 a 50 000 psi, lo que origina el desgaste del material
por arranque y se manifiesta en la formación de irregularidades de la
superficie de la cuchara.
Desgaste por Erosión
El agua acarrea sólidos en suspensión y éstos al chocar violentamente
contra las cucharas y bajo distintos ángulos, erosiona las superficies
lisas produciendo un desgaste de las cucharas, generando
irregularidades, las que distorsionan el flujo en turbulencias y causan
desgastes por cavitación en forma acelerada.
Desgaste por Corrosión

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Este desgaste se presenta por reacción química o electroquímica de las
superficies con el medio que los rodea. Se conocen dos tipos de
corrosión que actúan sobre los rodetes y son:
a) Corrosión – Erosión.-
Se produce al destruir por efecto de la erosión la capa pasiva, y al
disminuir está, acelera la corrosión.
b) Corrosión por esfuerzo.-
Por efecto del impacto a que está sometido el Rodete, se produce sobre
éste una tensión, que desprende la película protectora; entonces se
produce un ataque corrosivo grande.
3.3.6 MANTENIMIENTO DE RODETES PELTON
Básicamente se realizar dos tipos de mantenimiento, como son:
• Mantenimiento preventivo
• Mantenimiento correctivo
Mantenimiento Preventivo de Rodetes Pelton

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Este tipo de mantenimiento se realiza a los rodetes para recuperar sus
dimensiones originales, variadas a raíz de los desgastes originados por
los sólidos que acarrea el agua.
Dentro de este tipo de mantenimiento tenemos reparación en el sitio,
reparación parcial y reparación integral.
Reparación en el sitio
Este tipo de reparación consiste en realizar algunas correcciones en los
Rodetes cuando éstos presentan poco desgaste y se realizan cuando se
encuentran en su lugar de funcionamiento.
Estas reparaciones se realizan para uniformizar las superficies de las
cucharas de las irregularidades por medio de un esmerilado hasta lograr
una superficie lisa, además de corregir zonas porosas y/o zonas de
desgaste localizadas con aporte de soldadura. Este trabajo se realiza
para evitar desgaste acelerado por cavitación.
Reparación Parcial
Este tipo de reparaciones es un trabajo mucho más completo que el
anterior, se realiza con rodete desmontado y en taller.
Consiste en lo siguiente:
• Esmerilado de las zonas porosas y desgaste localizados hasta llegar a
la base de las mismas.
Relleno por soldadura de los filos de ataque y la embocadura de las
cucharas ya que son zonas de desgaste excesivo.
• Esmerilado de las superficies hasta desaparecer las “escamas” y
uniformizar las superficies, terminando con un pulido de las mismas. Este
tipo de reparación se realiza cuando no se ha llegado aún al límite
desgaste de los Rodetes.
Reparación Integral
El espesor de las cucharas por efecto de los sólidos flotantes en el agua,
sufren desgastes que se traducen en espesores cada vez más delgados,
peligrando la resistencia de estas partes, por lo que es necesario
recuperar sus dimensiones originales y se realiza por medio de un
proceso especializado de aporte de soldadura en toda la superficie de
las cucharas, seguido de un esmerilado y posteriormente el tratamiento
térmico.
1 Aporte de Soldadura.- Comprende los siguientes pasos:
-Calentamiento del Rodete hasta 150 °C en el horno de
precalentamiento.
-Soldeo de las partes externas de las cucharas en un banda
aproximadamente de 6 cm.
-Soldeo de la base del fondo de las cucharas.

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-Soldeo de las caras laterales internas de las cucharas
2 Proceso de Esmerilado.- Comprende los siguientes pasos:
- Esmerilado del filo de ataque y la superficie para el marcado de las
plantillas.
- El destroncado del excedente de soldadura con esmeriles neumáticos
hasta llegar a uniformizar e igualar a la plantilla de preacabado.
- El esmerilado de acabado hasta llegar al perfil original de las cucharas,
requiere mucho cuidado y control.
3 Tratamiento Térmico.- Es un proceso necesario a realizar a los
Rodetes Pelton, después de un reparación integral, debido a que durante
todo el proceso de soldadura se acumula una serie de tensiones internas
residuales.
En los Rodetes Pelton, por sus características del material, es necesario
aplicar el tratamiento térmico por lo siguiente:
- Para aliviar las tensiones internas que se producen por el proceso de
soldadura.
- Para mejorar la microestructura y con el fin de mejorar la resistencia
del material a los requerimientos a los que son sometidos los Rodetes.
4 Balanceo.- Es necesario realizar un balanceo estático de los Rodetes
Pelton después de una reparación integral, con el objeto de equilibrar los
pesos en forma uniforme en todas las cucharas, el desequilibrio máximo
permisible en los Rodetes Pelton de la Centrales Hidroeléctricas. Es de
1 kg.m. En caso de existir mayor desequilibrio, éste debe ser corregido
adicionando contrapesos o esmerilando en algunas zonas. Un mayor
desequilibrio generara vibraciones excesivas en todo el conjunto del
grupo, dañando cojinetes y generando un mayor desgaste del rodete
Incluso este tipo de vibraciones puede dañar la estructura civil de las
instalaciones.
3.3.7 ETAPA DE RECUPERACIÓN
Estas etapas de recuperación de componentes de inyectores se dividen
en siete etapas.
- Limpieza superficial
- Preparación de superficie
- Primer torneado.
- Primer relleno con soldadura.
- Torneado secundario.
- Torneado final
La etapa de la limpieza superficial consiste en la eliminación de los
residuos del recubrimiento por metalizado. Con el primer torneado se

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uniformiza la superficie para el primer relleno de soldadura. El material
base que queda es el acero XC 38, que se compone de:
- C= 0-35 – 0.40
- Mn = 0.50 – 0.80
- P y S = ≤ 0.35
- Si = 0.10 – 0.40
Para el primer relleno de soldadura, es necesario realizar un
precalentamiento, hasta una temperatura que se determina con la
siguiente formula.
Tc = 500 - <350(%)+40(%Mn) +35(-%V) +17 (%Ni) + 10(%Mo) + 5 (%W)-
15
(%Co) – 30(%Al)>
Donde la temperatura de calentamiento (Tc), resulta de 160-170 °C.
Luego se realiza el proceso de soldadura de la primera capa.
CONCLUSIONES DEL MANTENIMIENTO EN RODETES PELTON
a) El precalentamiento del rodete en el proceso de soldadura es
importante, puesto que con ello se evita la formación de micro fisuras, y
se alivia las tensiones internas.
b) Las ruedas Pelton son objeto de verificaciones múltiples y con los
medios cada vez más perfeccionados, es por ello que la vigilancia en
servicio tiene un papel importantísimo en la vida de las ruedas Pelton.
c) Las fracturas de los cangilones, generalmente se originan en la zona
más delgada de la cuchara (por diseño), por un defecto micro estructural
del material, debido a un defecto de fundición y/o tratamiento térmico.
d) En una fractura las mediciones de dureza nos mostrarán la
homogeneidad del material.
e) La recuperación de componentes desgastados por soldadura nos
proporciona un ahorro del 83,6% del costo total de la adquisición de un
conjunto de piezas nuevas, permitiéndonos también ganar tiempo
(periodos de espera de importación) y tener un permanente stock de
repuestos “listos” para entrar en funcionamiento.