Turbinas

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Turbinas

• 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 directamente una máquina o bien
  un generador que transforma la energía
  mecánica en eléctrica.

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Clasificación de Acuerdo al Diseño del Rodete

• Kaplan
• Pelton
• Francis

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Clasificación de Acuerdo al Cambio de Presión en
el Rodete

• 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 de rodete.

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Grado de Reacción

• El grado de reacción mide la relación entre
  la altura de presión y la altura total. 
• 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.

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Turbina de Acción

• Aprovechan la velocidad del flujo de agua.
• El fluido de trabajo no sufre un cambio de
  presión importante.
• Son de admisión parcial.
• El rodete no está inundado.
• Se encuentra a la presión atmosférica.
• No tiene tubo de aspiración.

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Partes de una Turbina de Acción

• Tubería forzada?
• Distribuidor ?
• Rodete

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Turbina de Reacción

• Aprovechan además la pérdida depresión que se
  produce en su interior.
• Fluido de trabajo si sufre un cambio de presión
  importante.
• Son de admisión total.
• La presión a la entrada del rodete es superior a
  la atmosférica.
• El rodete está inundado.
• La salida de la tubería se encuentra en el nivel
  de aguas abajo.

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Partes de una Turbina de Reacción

• Tubería forzada?
• Distribuidor 
• ?Rodete?
• Tubo de aspiración

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Turbinas Pelton

• Es uno de los tipos más eficientes.
• Es de flujo trasversal, admisión parcial y de
  acción.
• Consiste en una rueda dotada de cucharas en su
  periferia que convierten la energía de un chorro
  de agua que incide sobre ellas.
• Están diseñadas para explotar grandes saltos (100
  a 2000m) de bajo caudal.

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• Las centrales cuentan con una larga tubería
  llamada galería de presión.
• Al final de la cual se tiene una o varias
  válvulas de aguja (inyectores) con forma de
  tobera para aumentar la velocidad del flujo.?
• Para que el diámetro del rodete no sea muy
  pequeño se recurre a varias toberas (1 a 6), y si
  fuera preciso se aumenta también el numero de
  ruedas (1 a 3).

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Partes de una Turbinas Pelton

1. Codo de entrada
2. Inyector 
3. Tobera
4. Válvula de aguja
5. Servomotor 
6. Regulador 
7. Mando del deflector 
8. Deflector 
9. Chorro
10. Rodete
11. Álabes o cucharas.
12. Freno de la turbina
13. Blindaje
14. Destructor de energía

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Funcionamiento de una Turbina Pelton

• La tobera lanza el chorro contra las cucharas.
• El doble de la distancia entre el eje de la rueda
  y el centro del chorro se denomina diámetro
  Pelton.
• En la abertura de las boquillas existen dos
  formas distintas de desviadores de chorro
• El que se introduce en el chorro y lo corta.
• El que lo empuja porque abarca solo una parte del
  chorro.

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• Tiene un excelente rendimiento debido a la
  posibilidad de hacer mínima la pérdida por
  velocidad residual y por fricción del agua sobre
  las cucharas.

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Mantenimiento de una Turbina Pelton

• Desde el punto de vista mecánico ofrecen, en
  general mayor seguridad en su funcionamiento.
  Después de un corto período se presenta un
  desgaste en la aguja, en la boca de la tobera, en
  los ángulos diedros de las palas y en el
  deflector, debido a la acción abrasiva de la
  arena.

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Turbinas Francis

• Turbina a reacción y de flujo mixto. 
• Algunas son capaces de variar el ángulo de sus
  álabes.
• Están diseñadas para trabajar con saltos de agua
  y caudales medios.
• Operan desde 60m a 600m.
• Su alta eficiencia, ha hecho que sea la más
  ampliamente usada, principalmente para la
  producción de energía.

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Partes de una Turbina Francis

1. Caja espiral
2. Predistribuidor 
3. Distribuidor El distribuidor Fink. Consta de dos
   bielas movidas por servomotor de aceite que hacen
   girar el anillo donde pivota un extremo de las
   pequeñas bielas, las cuales a su vez hacen girar
   a los álabes que pivotan en torno a un eje fijo.
   Sustituye al inyector de las turbinas Pelton.

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• Rodete
• Tubo de aspiración tiene dos funciones
• Recuperar la energía cinética que tiene el agua a
  la salida del rodete. Exige que la sección del
  tubo crezca en la dirección del flujo.
• Recuperar energía geodésica que tiene el agua a
  la salida del rodete.
• Codo de entrada en el tubo de aspiración.

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Funcionamiento de unaTurbina Francis

• El agua llega radialmente sobre el rodete y al
  atravesarlo se desvía en un ángulo recto para
  descargarse en sentido paralelo al eje de
  rotación.
• La transformación de energía cinética no es
  completa porque la velocidad de entrada del agua
  en el rodete es menor que la que
  correspondería al salto existente.
• Pueden posicionarse horizontal o verticalmente.

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Aplicaciones de unaTurbina Francis

• Son muy costosas de diseñar, fabricar e instalar,
  pero pueden funcionar durante décadas.
• Pueden usarse para el bombeo y almacenamiento
  hidroeléctrico.
• Se fabrican microturbinas baratas para la
  producción individual de energía para saltos
  mínimos de 3 metros.

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Mantenimiento de unaTurbina Francis

• Este tipo de turbinas es el que está más sujeto
  a los efectos perjudiciales que produce la arena.
  
• Las revisiones periódicas necesarias dependen de
  la altura del salto y de las cualidades del agua.

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• La revisión se extenderá a los siguientes puntos
• ?Juego existente entre el rodete y el
  distribuidor.
• ?Estado de los laberintos circulares, de los
  álabes móviles, del codo de aspiración y de la
  envolvente?.
• Estado de los anillos de protección del
  distribuidor y de la superficie de los álabes
  distribuidores.

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• Cuando trabajan con saltos elevados, pueden
  vibrar anormalmente en ciertas condiciones de
  carga que seremedian en las formas siguientes?
• Comprobar si la rueda está bien centrada en el
  distribuidor
• Comprobar el acoplamiento del generador.
• Comprobar la eficacia del dispositivo de entrada
  de aire en el tubo de aspiración.
• Verificar el juego del soporte.
• Comprobación de la dilatación longitudinal del
  eje.

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Turbina Kaplan

• Son turbinas de reacción y de admisión axial
• Usadas para pequeñas alturas (2 a 80m).
• Sus rodetes son de pocos álabes relativamente
  estrechos, muy parecidos a las hélices de los
  buques.
• Pueden ser de dos o cuatro palas para los saltos
  reducidos.
• Pueden disponerse de forma vertical, horizontal u
  oblicua.

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Clasificación de Turbinas Kaplan

• Los álabes del rodete son regulables, mientras
  que los de los distribuidores pueden ser fijos o
  regulables.
• Si ambos son regulables, es una turbina Kaplan
  verdadera si solo son regulables los del rodete,
  es una turbina Semi-Kaplan.

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Partes de una Turbina Kaplan

• Compuerta de admisión de la turbina
• ?Distribuidor Fink?
• Rodete?
• Tubo de aspiración

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Funcionamiento de unaTurbina Kaplan

• Las palas son impulsadas por agua a alta presión
  liberada por una compuerta.
• Para regular la entrada, se emplea un
  distribuidor Fink.
• Los álabes del rodete giran sincrónicamente
  alrededor de su eje.
• Funcionan como si un solo rodete desempeñara el
  papel de infinito número de rodetes.

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Mecanismo de Orientación de los Álabes
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Mantenimiento de unaTurbina Kaplan

• ?Es necesario comprobar periódicamente la
  estanqueidad del núcleo de las palas motoras, que
  tiene la doble misión de impedir la salida hacia
  fuera del aceite y de evitar que el agua penetre
  en el núcleo.
• ?Las turbinas que sólo puedan regularse por medio
  de los álabes móviles y que experimenten fuertes
  y duraderas variaciones de carga, exigen que se
  revise más a menudo la rueda motriz.

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Turbina de Hélice

• Iguales a las turbinas Kaplan, no varían el
  ángulo de sus palas. Son turbinas de reacción y
  flujo axial.
• Los álabes del rodete como los del distribuidor
  son fijos, por lo que solo se utilizan cuando el
  caudal y el salto son prácticamente constantes.

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Cavitación

• Se produce en las turbina de reacción. Consiste
  en la vaporización localizada del agua, en las
  zonas de mayor depresión de la cara posterior de
  los álabes, dependiendo de la temperatura,
  presión atmosférica y de la depresión en el tubo
  de aspiración.

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• La cavitación o aspiraciónes en vacío es un
  efecto hidrodinámico que se produce cuando el
  agua o cualquier otro fluido en estado líquido
  pasa a gran velocidad por una arista afilada,
  produciendo una descompresión del fluido.
• Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor
  del liquido de tal forma que cambia
  inmediatamente a estado de vapor, formándose
  burbujas.
• Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor
  presión e implotan (el vapor regresa al estado
  líquido de manera súbita, aplastándose
  bruscamente las burbujas) produciendo una estela
  de gas y un arranque de metal de la superficie en
  la que origina este fenómeno.

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