Principios de funcionamiento, operación y programas de mantenimiento de las turbinas hidráulicas

UNIDAD 4
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO, OPERACIÓN Y PROGRAMAS DE MANTENIMIENTO DE LAS TURBINAS HIDRÁULICAS


4.1 GENERALIDADES Y CLASIFICACIÓN DE LAS TURBINAS HIDRÁULICAS

Una turbina hidráulica es una turbomáquina motora hidráulica, que aprovecha la energía de un fluido que pasa a través de ella para producir un movimiento de rotación que, transferido mediante un eje, mueve directamenteuna máquina o bien un generador que transforma la energía mecánica en eléctrica, así son el órgano fundamental de una Central hidroeléctrica.

CLASIFICACIÓN

Por ser turbomáquinas siguen la misma clasificación de estas, y pertenecen, obviamente, al subgrupo de las turbomáquinas hidráulicas y al subgrupo de las turbomáquinas motoras. En el lenguaje común de las turbinas hidráulicas se suelehablar en función de las siguientes clasificaciones:

DE ACUERDO AL CAMBIO DE PRESIÓN EN EL RODETE O AL GRADO DE REACCIÓN

• Turbinas de acción: Son aquellas en las que el fluido de trabajo no sufre un cambio de presión importante en su paso a través de rodete.
• Turbinas de reacción: Son aquellas en las que el fluido de trabajo si sufre un cambio de presión importante en su paso a través derodete.
Para clasificar a una turbina dentro de esta categoría se requiere calcular el grado de reacción de la misma. Las turbinas de acción aprovechan únicamente la velocidad del flujo de agua, mientras que las de reacción aprovechan además la pérdida de presión que se produce en su interior.

DE ACUERDO AL DISEÑO DEL RODETE
Esta clasificación es la más determinista, ya que entre las distintasde cada género las diferencias sólo pueden ser de tamaño, ángulo de los àlabes o cangilones, o de otras partes de la turbomáquina distinta al rodete. Los tipos más importantes son:
• Turbina Kaplan: son turbinas axiales, que tienen la particularidad de pode variar el ángulo de sus palas durante su funcionamiento. Están diseñadas para trabaja con saltos de agua pequeños y con grandescaudales.(Turbina de reacción)
• Turbina Hélice: son exactamente iguales a las turbinas kaplan, pero a diferencia de estas, no son capaces de variar el ángulo de sus palas.
• Turbina Pelton: Son turbinas de flujo transversal, y de admisión parcial. Directamente de la evolución de los antiguos molinos de agua, y en vez de contar con álabes o palas se dice que tiene cucharas. Están diseñadas para trabajar consaltos de agua muy grandes, pero con caudales pequeños.(Turbina de acción)
• Turbina Francis: Son turbinas de flujo mixto y de reacción. Existen algunos diseños complejos que son capaces de variar el ángulo de sus álabes durante su funcionamiento. Están diseñadas para trabajar con saltos de agua medios y caudal medios.

4.2. TURBINAS KAPLAN
Al igual que las turbinas Francis, las de tipoKaplan, son turbinas de admisión total, incluidas así mismo en la clasificación de turbinas de reacción. Las características constructivas y de funcionamiento, son muy similares entre ambos tipos.
Se emplean en saltos de pequeña altura (alrededor de 50 m. y menores), con caudales medios y grandes (aproximadamente de 15 m3/s en adelante).
Debido a su singular diseño, permiten desarrollar elevadasvelocidades específicas, obteniéndose buenos rendimientos, incluso dentro de extensos límites de variación de caudal. A igualdad de potencia, las turbinas Kaplan son menos voluminosas que las turbinas Francis.
Normalmente se instalan con el eje en posición vertical, si bien se prestan para ser colocadas de forma horizontal o inclinada (Fig. 43 y 44).

Fig. 44 – Turbina Kaplan de eje horizontalUn montaje característico de este tipo de turbinas, conjuntamente con el alternador, constituye los llamados grupos-bulbo, propios de las centrales mareomotrices; o los grupos-pozo, utilizados para el máximo aprovechamiento de las corrientes de agua con muy poco salto. En ambas disposiciones, la cámara y el tubo de aspiración constituyen un solo conducto, pudiendo estar situado el eje del...