Turbina de Kaplan.¿Qué es? Son turbinas de agua de reacción de flujo axial, con un rodete que funciona de manera semejante a la hélice de un barco inventadas por un austriaco llamado Viktor Kaplan. Se emplean en saltos de pequeña altura. Las amplias palas o álabes de la turbina son impulsadas por agua a alta presión liberada por una compuerta. Los álabes del rodete en las turbinas Kaplan son siempre regulables y tienen la forma de una hélice, mientras que los álabes de los distribuidores pueden ser fijos o regulables. Si ambos son regulables, se dice que la turbina es una turbina Kaplan verdadera; si solo son regulables los álabes del rodete, se dice que la turbina es una turbina Semi-Kaplan. Las turbinas Kaplan son de admisión radial, mientras que las semi-Kaplan pueden ser de admisión radial o axial.

Para su regulación, los álabes del rodete giran alrededor de su eje, accionados por unas manijas, que son solidarias a unas bielas articuladas a una cruceta, que se desplaza hacia arriba o hacia abajo por el interior del eje hueco de la turbina. Este desplazamiento es accionado por un servomotor hidráulico, con la turbina en movimiento.

Las turbinas de hélice se caracterizan porque tanto los álabes del rodete como los del distribuidor son fijos, por lo que solo se utilizan cuando el caudal y el salto son prácticamente constantes.

Andrea M Valdes C.

Física II.

Funcionamiento, aplicaciones, ventajas y desventajas de las turbinas de Kaplan, Pelton, Turgo, Francis y Bulbo.

Turbina de Pelton.Funcionamiento: La tobera o inyector lanza directamente el chorro de agua contra la serie de paletas en forma de cuchara montadas alrededor del borde de una rueda, el doble de la distancia entre el eje de la rueda y el centro del chorro de agua se denomina diámetro Pelton. El agua acciona sobre las cucharas intercambiando energía con la rueda en virtud de su cambio de cantidad de movimiento, que es casi de 180°. La figura muestra un corte de una pala en el diámetro Pelton; el chorro de agua impacta sobre la pala en el medio, es dividido en dos, los cuales salen de la pala en sentido casi opuesto al que entraron, pero jamás puede salir el chorro de agua en dirección de 180° ya que si fuese así el chorro golpearía a la pala sucesiva y habría un efecto frenante. La sección de entrada del fluido a la cuchara se denomina 1, así como 2 a la sección de salida.

Turbina de Turgo.Funcionamiento: La turbina Turgo es una turbina de tipo impulso. El agua no cambia de presión cuando pasa a través de los álabes de la turbina. La energía potencial del agua se convierte en energía cinética en la tobera de entrada o inyector. El chorro de agua a alta velocidad se dirige contra los álabes de la turbina que lo desvían e invierten el flujo. El impulso resultante hace girar el rodete de la turbina, comunicando la energía al eje de la turbina. Finalmente el agua sale con muy poca energía. Los rodetes de una turbina Turgo pueden tener un rendimiento por encima del 90%.

El rodete de una Turgo se parece a un rodete Pelton partido por la mitad. Para la misma potencia, el rodete Turgo tiene la mitad del diámetro que el de un rodete Pelton y dobla la velocidad específica. El Turgo puede manejar un mayor flujo de agua que el Pelton debido a que el agua que sale no interfiere con las paletas adyacentes.

La velocidad específica de los rodetes Turgo se encuentra situada entre la de las turbinas Francis y Pelton. Se pueden usar una o varias toberas o inyectores. Incrementando el número de inyectores se incrementa la velocidad específica del rodete en la raíz cuadrada del número de chorros (cuatro chorros rinden dos veces la velocidad específica de un chorro para la misma turbina).

Turbina de FrancisEs una turbo máquina motora a reacción y de flujo mixto.

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 diez metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el más ampliamente usado en el mundo, principalmente para la producción de energía eléctrica mediante centrales hidroeléctricas.

Aplicaciones:

Producción de electricidad Bombeo y almacenamiento hidroeléctrico donde un embalse superior se llena mediante la

turbina (en este caso funcionando como bomba) durante los períodos de baja demanda eléctrica, y luego se usa como turbina para generar energía durante los períodos de alta demanda eléctrica.

Ventajas:

Su diseño hidrodinámico permite bajas perdidas hidráulicas, por lo cual se garantiza un alto rendimiento.

Su diseño es robusto, de tal modo se obtienen décadas de uso bajo un costo de mantenimiento menor con respecto a otras turbinas.

Junto a sus pequeñas dimensiones, con lo cual la turbina puede ser instalada en espacios con limitaciones física también permiten altas velocidades de giro.

Junto a la tecnología y a nuevos materiales, las nuevas turbinas requieren cada vez menos mantenimiento

Desventajas:

No es recomendado para alturas mayores de 800 m, por las presiones existentes en los sellos de la turbina.

Hay que controlar el comportamiento de la cavitación. No es la mejor opción para utilizar frente a grandes variaciones de caudal, por lo

que se debe tratar de mantener un flujo de caudal constante previsto, antes de la instalación.

Turbina de Bulbo Son un modelo especial de las Kaplan. Son aptas para aprovechar saltos de muy poca altura y gran caudal. El alternador queda dentro de la envolvente. El agua que circula entre esta y la otra pared concéntrica de mayor diámetro, pasa en primer lugar por los canales que forman unas aletas guía fijas, que sirven de soporte estructural, a continuación por el canal de las aletas guía pivotadas para la regulación, y por último atraviesan un rodete tipo Kaplan. El conjunto queda sumergido como si fuera un submarino. Se accede a él a través de un pozo con agua.

La velocidad especifica de una turbina bulbo es muy alta de entre 600 y 1150, solapándose parcialmente con las turbinas tipo Kaplan. Su número de revoluciones es pequeño, por lo que obliga a tener un alternador con un gran número de polos, y en consecuencia un gran diámetro.