Turbinas hidráulicas

Turbinas Hidráulicas

• En la maquina hidráulica el agua
intercambia energía con un dispositivo
mecánico que gira en su eje de simetría
• Poseen una serie de alabes fijos
(distribuidor), y otra de alabes móviles
(rodete)
• El fluido atraviesa sucesivamente tres
órganos diferentes: distribuidor, rodete y
difusor (tubo de aspiración).

• El rodete es elemento esencial de la turbina,provisto de alabes en los que se da el
intercambio energético entre el agua y la
maquina.
• Según la presión varíe o no en el rodete, las
turbinas se clasifican en:
• Turbinas de acción (impulso): el agua sale del
distribuidor a presión atmosférica y llega al
rodete con la misma presión. Toda la energía
potencial del salto se transforma en energía
cinética.
• Turbinas de reacción: elagua sale del
distribuidor con una presión que va
disminuyendo a medida que el agua atraviesa
los alabes del rodete. El agua circula a presión
en el distribuidor y rodete, por lo tanto la
energía potencial del salto se transforma parte
en cinética y otra en energía de presión.

• El difusor o tubo de aspiración, es un
conducto de desagüe, generalmente de
ensanchamiento progresivo.
•Conduce el agua desde la salida del
rodete hasta el canal de fuga.
• Permite recuperar energía cinética a la
salida del rodete.

Según la dirección de entrada del agua en
la turbina se clasifican en:

• Axiales (Kaplan, hélice): el agua entra
paralelamente al eje
• Radiales (Francis): el agua entra
perpendicular al eje
• Tangenciales (Pelton): el agua entra
lateral o tangencialmentecontra las
cucharas del rodete.

Estudio general de las turbinas hidráulicas
• Movimiento del agua: se utiliza una
nomenclatura universal que define los triángulos
de velocidades a la entrada y salida del rodete:
• u: velocidad tangencial o periférica a la rueda
• c: velocidad absoluta del agua
• w: velocidad relativa del agua
• α: ángulo entre las velocidades u y c
• β: ángulo entre lasvelocidades u y w
Los subíndices 0,1 y 2 hacen referencia a la
entrada del agua en el distribuidor, rodete y
salida del rodete.

• El agua sale del distribuidor y a una
velocidad absoluta c1, encontrándose con
el rodete, que en servicio normal, se
mueve a una velocidad tangencial u1.
• El agua que sale del distribuidor penetra al
rodete con una velocidad absoluta c1 y
ángulo α1.
• Lavelocidad relativa forma con la
velocidad periférica un ángulo β1 y es en
todo momento tangente al alabe.

• De la ecuación de Euler resulta:

• Las velocidades u1, c1, u2 y c2 no se eligen al azar, si se
desea obtener el máximo rendimiento.
• Para obtener la máxima potencia, debería ser:
-Q máximo posible
-u2 y Cu2 próximo a cero
• Para que Cu2 (componente tangencial de la velocidadabsoluta C1) sea cero: la velocidad absoluta a la salida
debe ser perpendicular a la velocidad periférica (c2┴u2)
Esto se lograría con una descarga totalmente axial
• Para que Cu1 sea máximo: el ángulo α1 debe tender a
cero.
Esto se logra con un flujo de agua lo mas tangencial
posible en la entrada a la turbina.

Relaciones de semejanza
• Relaciones que existen entre las característicasde dos turbinas del mismo tipo, geométrica y
dinámicamente semejantes, en el supuesto de
que ambas tengan el mismo rendimiento
hidráulico, es posible hacer las siguientes
consideraciones:
Modelo: Potencia P’, nº de rpm n’, caudal Q’
(m3/seg), par motor C’ (m·kg), salto neto Hn '
Prototipo: P, n, Hn, Q, C

• Se suponen:

• a) El rendimiento se mantiene prácticamente
uniforme en la zonade funcionamiento de
las turbinas.
• b) El mismo número de unidades para cada
turbina, es decir, una sola rueda para las
Francis y Kaplan-hélice, y un solo inyector
para las Pelton.
• c) Las dos turbinas tienen la misma
admisión, es decir, el mismo ángulo de
apertura del distribuidor para las Francis y
Kaplan-hélice.

• Para los diámetros y longitudes:

• Para las secciones de paso...