turbo

VIII.- TURBINA KAPLAN

VIII.1.- INTRODUCCIÓN
La importancia de las turbinas Hélice y Kaplan en pequeños saltos con grandes caudales, las
hacen idóneas tanto en posición horizontal como vertical; por su similitud con las turbinas Bulbo,
empleadas tanto en centrales maremotrices como en algunas minicentrales hidráulicas, presentamos este somero estudio que permite comprender su funcionamientoy campos de aplicación.
La tendencia a la construcción de turbinas cada vez más rápidas, para velocidades específicas
ns mayores de 450, conduce a las turbinas hélice y Kaplan, ya que en las turbinas Francis con ns
del orden de 400, el agua no se puede guiar y conducir con precisión.
El rodete está compuesto por unas pocas palas, que le confieren forma de hélice de barco;
cuando éstas seanfijas, se llama turbina hélice, mientras que si son orientables se denominan turbinas Kaplan; en ambos casos las turbinas funcionan con un único sentido de giro de rotación; son
pues turbinas irreversibles.
Si además de tener las palas orientables, las turbinas funcionan en los dos sentidos de rotación
(turbinas reversibles), y asimismo pueden actuar como bombas hélice accionadas por el propiogenerador, se las denomina turbinas Bulbo.
En lo que sigue, vamos a exponer una teoría relativa al cálculo de turbinas Kaplan, que se
puede aplicar directamente a las turbinas hélice y Bulbo.
r
Para una turbina hélice del tipo que sea, si se supone una velocidad de entrada c 1 uniforme
para toda la altura del perfil, las distintas curvaturas de las palas se deducen de las distintas velocidadesperiféricas u que tiene la rueda en los diversos puntos, Fig VIII.2, de forma que siempre se
cumpla que:
r u = Cte
Si la entrada del agua (1) se efectúa sin choque, la superficie del álabe debe estar en una direcTK.VIII.-109

r
ción tangente a la velocidad relativa de entrada del agua w 1 , por lo que el álabe tiene que ser, por lo
que respecta a su altura, en la parte central e inicial,bastante vertical.

Fig VIII.1.- Sección transversal de una central hidráulica con turbina Kaplan

r
En la parte final del álabe, a la salida, éste se presenta más aplanado y la velocidad c 2 debe
ser prácticamente axial, siendo la velocidad w2y 900
3
5
0,3

En la Tabla VIII.1 se indica el número de palas Z en función del número específico de revoluciones ns que condiciona el saltoneto Hn y la relación entre los diámetros del cubo y exterior del rodete
n, observándose que un aumento del número de palas supone una disminución del ns .
A medida que aumenta H n aumentan los esfuerzos que tienen que soportar los álabes, por lo
que el cubo ha de tener mayor diámetro, tanto para poder alojar los cojinetes de los pivotes de los
álabes, como para poder alojar el mayor número deálabes. Para alturas netas superiores a los 10
metros, la turbina Kaplan empieza a ser más voluminosa que la turbina Francis, aunque mantiene la ventaja de tener los álabes orientables.
VIII.2.- REGULACIÓN DE LAS TURBINAS
A las turbinas hélice se las regula mediante álabes móviles en la corona directriz, (distribuidor),
en forma análoga a como se hace en las turbinas Francis. A la entrada delrodete se origina una
r
pérdida por choque y a la salida resulta una c 2 mayor en magnitud, pero de dirección más inclinada; ambas circunstancias contribuyen a la disminución del rendimiento, de forma que éste desciende tanto más rápidamente, cuanto mayor sea la velocidad de la turbina. Una característica
negativa de las turbinas hélice es el bajo rendimiento de las mismas a cargas distintas de lanominal o diseño. En las turbinas Kaplan, las paletas directrices del distribuidor también son móviles lo
cual permite mejorar la regulación, pues al cambiar la inclinación de los álabes del rodete se consigue mantener bastante elevado el rendimiento para un extenso margen del grado de apertura del
distribuidor.
TK.VIII.-111

(a) Turbina hélice: ns = 1050 (curva en gancho) ; (b) Turbina...