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Turbomáquinas:
Turbinas Kaplan

Profesor:
Ing. Carlos Campos

Estudiantes:
Bryan Martínez G.
Sergio Andrés Zamora.
Jose Pablo Portilla

Ingeniería Electromecánica


I Cuatrimestre 2014








Introducción:
Con este trabajo se espera adquirir hacer un análisis detallado de lo que son las turbinas Kaplan, en lo que respecta su historia, funcionamiento, ventajas ydesventajas de la misma, para adquirir el básico que de pie a temas más avanzados en lo que respecta energía generada por plantas hidroeléctricas, ya que en nuestro país el 80% de la energía eléctrica es generada por turbinas.


Turbinas Kaplan
Historia
Las turbinas tipo Kaplan fueron diseñado por el Dr. técnico Víctor Kaplan (1876-1934) en el principio del siglo 20. El aumento de lasnecesidades de energía hidroeléctricas durante los albores del siglo XX puso de manifiesto la necesidad de turbinas que pudieran aprovechar caídas de agua de 3 a 9 m, que podrían utilizarse en muchos ríos construyendo pequeños embalses de agua. En 1913, el ingeniero austriaco Víctor Kaplan planteó por primera vez la turbina de hélice, que actúa al contrario que la hélice de un barco. Kaplan mejoró laturbina haciendo que las palas pudieran pivotar sobre su eje.


Fugura 1. Víctor Kaplan.





Características y funcionamiento
La Turbina Kaplan es una turbina de hélice con álabes ajustables, de forma que la incidencia del agua en el borde de ataque del álabe pueda producirse en las condiciones de máxima acción, cualesquiera que sean los requisitos de caudal o de carga.
A diferencia delos otros tipos de turbinas se puede ajustar ambos álabes (los del rotor y los alabas de guía) para adaptar la turbina a diferentes niveles del caudal. Los ejes son de orientación horizontal ó vertical. Se usa este tipo de turbina en plantas de presión baja y mediana.
Los distintos ángulos de las palas aumentaban el rendimiento ajustando el ángulo al volumen de la caída de agua. Para manteneruna salida fija del generador en una instalación hidroeléctrica la velocidad de la turbina debe mantenerse constante, independientemente de las variaciones de la presión del agua que las mueve. Esto requiere gran número de controles que, tanto en la turbina de Francis como en la de Kaplan, varían el ángulo de las palas. En las instalaciones de turbinas Pelton, el flujo del agua se controla abriendoy cerrando las boquillas eyectoras. Según el tamaño de la unidad, las turbinas Kaplan se utilizan en caídas de unos 60 m





Figura 2. Rotor y álabes de la turbina


Al igual que las turbinas Francis, las de tipo Kaplan, son turbinas de admisión total, incluidas así mismo en la clasificación de turbinas de reacción. Las características constructivas y de funcionamiento, son muy similaresentre ambos tipos. Se emplean en saltos de pequeña altura (alrededor de 60 m. y menores), con caudales medios y grandes (aproximadamente de 15 m3/s en adelante). Debido a su singular diseño, permiten desarrollar elevadas velocidades específicas, obteniéndose buenos rendimientos, incluso dentro de extensos límites de variación de caudal. A igualdad de potencia, las turbinas Kaplan son menosvoluminosas 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. 6)


Figura 3. Esquema de la turbina Kaplan

Rasgos de Utilización
Caídas de 7-60 Metros.
Caudal desde 0,7 hasta 1.000 m³/s.
Potencia desde 50 hasta 180.000 Kw

Partes
Cámara espiral. Metálica o de hormigón, de seccionesapropiadas.
 Distribuidor.
 Rodete móvil o rotor
Eje.
Tubo de desfogue.
Cámara de alimentación: suele ser de concreto por gran capacidad de gasto de la turbina.
Distribuidor: Regula el flujo e imprime el ángulo necesario al agua hacia los álabes.
Rotor: forma élice de barco, los álabes son regulables dependiendo de la caída del agua.


Figura 4. Esquema de las partes de la turbina....