TURBOMAQUINAS

V.- TURBINAS KAPLAN Y BULBO
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V.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 quepermite comprender su funcionamiento y 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 dehélice de barco; cuando éstas sean fijas, 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 bombashélice accionadas por el propio generador, 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 deducende las distintas velocidades per
riféricas u que tiene la rueda en los diversos puntos, Fig V.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 dirección
r
tangente a la velocidad relativa de entrada del agua w1 , por lo que el álabe tiene que ser, por lo que respecta a su altura, en la parte central einicial, bastante vertical.
TK.V.-83

Fig V.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

Fig V.2.- Triángulos de velocidades

Entrada
del agua

Distribuidor

Salida del agua

Fig V.3.- Rotorde una turbina Kaplan

En el interior del cubo se encuentra el mecanismo de giro de las palas del rodete, lo que obliga a que el
número de las mismas sea pequeño, que puede aumentar al crecer el salto y las dimensiones del rodete.
En la Tabla V.1 se indica el número de palas Z en función del número específico de revoluciones ns
que condiciona el salto neto Hn y la relación entre los diámetrosdel cubo y exterior del rodete n, observándose que un aumento del número de palas supone una disminución del ns.
A medida que aumenta Hn 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 de álabes. Para alturas netas superiores a los10 metros, la turbina
Kaplan empieza a ser más voluminosa que la turbina Francis, aunque mantiene la ventaja de tener los
álabes orientables.
V.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 del rodete se origina una pérdida por
r
choquey 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 la nominal o diseño. En las turbinas...