Turbinas Hidráulicas
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Turbinas Hidráulicas en Relación a este Tema
En este contexto, a efectos históricos puede ser de interés lo siguiente: [1] Se denominan, en general, motores hidráulicos los que aprovechan la energía cinética producida por el movimiento del agua al desplazarse entre dos alturas diferentes; es decir, al caer el agua desde una cota elevada a otra más baja. El más antiguo de estos motores es la rueda hidráulica (fig. l), constituida por una serie de palas dispuestas en forma de rueda: el agua, al caer, choca contra las palas e impulsa a éstas, con lo que se obtiene el movimiento circular de la rueda.Entre las Líneas En la actualidad, los motores hidráulicos casi exclusivamente utilizados son las turbinas hidráulicas, cuyo principio de funcionamiento es el mismo que el de lasruedas hidráulicas, ya que en ellas la energía cinética (véase en esta plataforma: DINÁMICA) del agua se transforma en el movimiento de giro de un eje.
Puntualización
Sin embargo, se diferencian de las ruedas hidráulicas en su construcción y en su mayor velocidad, de forma que su rendimiento es mucho más elevado y pueden construirse, además, para potencias mucho mayores.Entre las Líneas En las turbinas de acción (véase, si se desea, más sobre este último termino en la plataforma general), el chorro de agua que impulsa las paletas o álabes no sufre desviación (fig. 2); por efecto del choque la paleta se mueve, haciendo girar la rueda o rodete de la turbinas en la misma dirécción del chorro y éste escapa, también en la misma dirección.Entre las Líneas En las turbinas de reacción (véase, si se desea, más sobre este último termino en la plataforma general), el agua no choca frontalmente como en el caso anterior, sino que se desliza sobre el álabe, poniendo la turbinas en movimiento, y escapa después, habiendo sufrido previamente un cambio en su dirección (fig. 3); el sentido de giro del rodete no coincide con la dirección del chorro de agua. Tanto en uno como en otro caso, existen turbinas radiales (véase, si se desea, más sobre este último termino en la plataforma general), en las que el agua choca radialmente sobre la t.; turbinas axiales, si el agua choca siguiendo la dirección del eje; y turbinas radialesaxiales si la entrada del agua se efectúa radialmente y la salida se realiza en la dirección del eje. Todas estas turbinas pueden ser, además, de eje horizontal y de eje vertical.
Por lo general, las turbinas de acción se emplean para saltos de agua de pequeño caudal y gran altura, y las de reacción, para saltos y canales (véase qué es, su definición, o concepto, y su significado como “canals” en el contexto anglosajón, en inglés) medios y, también, para pequeños saltos y grandes canales. A continuación se citan los tipos de turbinas empleados actualmente: de acción: turbinas Pelton (radial); de reacción: turbinas Francis (radial-axial), turbinas hélice (axial) y turbinas Kaplan (axial).
La turbinas Pelton (fig. 4) consta de una rueda motriz o rodete (véase, si se desea, más sobre este último termino en la plataforma general) con una serie de palas en forma de concha o cuchara, que reciben el impulso de los chorros de agua lanzados por una o más toberas, a las que llega el agua por una tubería.Entre las Líneas En el interior de la tobera, se encuentra una pieza especial o aguja, cuya forma es de punta de lanza; desplazando la aguja hacia adelante o hacia atrás, puede regularse el caudal del chorro de agua que sale por la tobera. Generalmente se adopta la disposición en eje horizontal con una sola tobera (fig. 4); sin embargo, también se construyen turbinas Pelton de dos o más toberas y de dos o más rodetes, así como de eje vertical.
La turbinas Francis (fig. 5) está constituida por un rodete o parte móvil formado por cierto número de paletas o álabes unidos por sus extremos inferiores por medio de una llanta o corona que los envuelve. El agua procedente de la tubería forzada entra perpendicularmente al eje de la turbinas y sale paralela al mismo. La parte por la que entra se denomina cámara de descarga; después de pasar por el rodete, impulsando a éste y haciéndolo girar, el agua sale por un tubo de chapa de hierro u hormigón, denominado tubo de aspiración. Para regular el caudal de agua que entra en el rodete se utilizan unas paletas directrices situadas en forma circular antes del rodete propiamente dicho y cuyo conjunto se denomina distribuidor. Cada una de las paletas directrices se mueve sobre un pivote, de forma que llegan a tocarse en la posición cerrado, en cuyo caso no entra agua en el rodete, y tienen su caras casi paralelas en la posición abierto, en cuyo caso el caudal de agua recibido por el rodete es máximo. El distribuidor está accionado por medio de un anillo móvil al que están unidas todas las paletas directrices y que, a su vez, está accionado por el regulador de velocidad de la turbina. La turbinas Francis se construye de eje horizontal (fig. 5) y de eje vertical, generalmente con un solo rodete, aunque, algunas veces, se construyen también de dos rodetes y eje horizontal. La forma del rodete y el perfil de los álabes dependen de las características de salto y caudal.
La turbinas hélice y la Kaplan se diferencian únicamente en que las palas del rodete son fijas en la primera y de inclinación variable en la segunda.Entre las Líneas En la turbinas hélice, la regulación se efectúa por medio de un distribuidor parecido al de la turbinas Francis; la turbinas Kaplan tiene menos álabes que la turbinas hélice y la regulación se efectúa haciendo girar los álabes sobre sí mismos, de forma que su inclinación varíe.Entre las Líneas En la fig. 6 se representa el corte axial de una turbinas Kaplan; consta de 2 a 8 álabes en forma de hélice, móviles sobre sí mismos, como se ha dicho anteriormente: por esta circunstancia, el eje de la turbinas es hueco y en su interior está alojado el dispositivo que permite variar la inclinación de los álabes. Tanto las turbinas hélice como las Kaplan se contruyen casi siempre de eje vertical y de un solo rodete. Solamente en los casos de saltos de pequeña potencia y pequeño desnivel se disponen de eje horizontal (fig. 7).
El rendimiento de las turbinas hidráulicas es muy elevado y está comprendido entre 0,85 y 0,95, siendo los valores más altos los correspondientes a turbinas de gran potencia. La velocidad es relativamente baja y oscila entre 75 y 600 rpm, correspondiendo los valores menores a las turbinas Pelton y los más elevados a las Kaplan: pueden soportar sobrevelocidades muy elevadas, comprendidas entre 80% (Pelton) y 120% (Kaplan) de la velocidad nominal.
Se denomina velocidad específica de una turbinas a la velocidad a la cual trabajaría una turbinas homóloga (o sea, de la misma forma constructiva, pero de dimensiones más reducidas) desarrollando una potencia de 1 CV bajo el salto de 1 m. La velocidad específica está expresada por la siguiente fórmula:n v/ P n,,=J H5siendo: n=velocidad de la turbinas en rpm; P=potencia de la turbinas en CV; H=altura del salto en metros.
La velocidad específica es un índice para determinar, en cada caso, cuál es el tipo de turbinas más apropiado, ya que el rendimiento de las turbinas resulta elevado solamente entre ciertos límites de su velocidad específica. Es decir, que según la altura del salto, la potencia a desarrollar y la velocidad de Ia turbinas, en cada caso se obtiene una velocidad específica determinada y un tipo de turbinas que resulta el más adecuado; teniendo en cuenta esto, a continuación se expresan los campos de aplicación de cada tipo de turbina:1. Alturas de salto superiores a 200 m.:n,= 5 a 30 Turbina Pelton de una tobera.
n,= 30 a 50 Turbina Pelton de dos o más toberas. 2. Alturas de salto de 110 a 200 m.:n,=40 a 100 -> Turbina Francis de rodete lento. 3. Alturas de salto de 50 a 100 m.:n,=100 a 150 –> Turbina Francis de rodete normal. 4. Alturas de salto de 25 a 50 m.:n, = 200 a 400 Turbina Francis de rodete rápido.
n, = 400 a 700 Turbina Kaplan o turbina Francis de dos rodetes.
5. Alturas de salto de 10 a 25 m.: n,=400 a 700 Turbina hélice.
n, = 500 a 1.000 Turbina Kaplan. 6. Alturas de salto inferiores a 10 m.: n, = 500 a 1.000 —> Turbnia Kaplan.
Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):
Recursos
Notas y Referencias
- Basado parcialmente en el concepto y descripción sobre turbinas hidráulicas en la Enciclopedia Rialp (f. autorizada), Editorial Rialp, 1991, Madrid
Véase También
Bibliografía
A. RAUCH, Instalaciones de fuerza motriz hidráulica, Barcelona 1956; C- A. CAVALLI, Macchine idrauliche, Milán 1957; E. MOSONVI, Water power development, Budapest 1957; H. KRUG, Flüssigkeitsgetriebe M werkzugmas chinen, Berlín 1959; 0. SCHAEFER, Hidráulica y construcciones hidráulicas, Barcelona 1959; 1. RuBio, Elementos de hidráulica general y aplicada con motores hidráulicos, Barcelona 1960; W. BERNS, Druckwasser Fibel, Wiesbaden 1960.
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