Turbina Hélice

Turbina Hélice: son exactamente iguales a las turbinas kaplan, pero a diferencia de estas, no son capaces de variar el ángulo de sus palas.

• Turbina Pelton: Son turbinas de flujo transversal, y de admisión parcial. Directamente de la evolución de los antiguos molinos de agua, y en vez de contar con álabes o palas se dice que tiene cucharas. Están diseñadas para trabajar con saltos de agua muy grandes, pero con caudales pequeños.(Turbina de acción)

• Turbina Francis: Son turbinas de flujo mixto y de reacción. Existen algunos diseños complejos que son capaces de variar el ángulo de sus álabes durante su funcionamiento. Están diseñadas para trabajar con saltos de agua medios y caudal medios.

4.2. TURBINAS KAPLAN

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 similares entre ambos tipos.

Se emplean en saltos de pequeña altura (alrededor de 50 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 menos voluminosas 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. 43 y 44).

Fig. 44 – Turbina Kaplan de eje horizontal

Un montaje característico de este tipo de turbinas, conjuntamente con el alternador, constituye los llamados grupos-bulbo, propios de las centrales mareomotrices; o los grupos-pozo, utilizados para el máximo aprovechamiento de las corrientes de agua con muy poco salto. En ambas disposiciones, la cámara y el tubo de aspiración constituyen un solo conducto, pudiendo estar situado el eje del grupo en posición horizontal o inclinada (Fig. 45).

COMPONENTES DE UNA TURBINA KAPLAN.

Dado el gran parecido con las turbinas Francis, no vamos a insistir sobre aquellos componentes que tienen la misma función y similares características. Tal ocurre con los elementos siguientes (Fig. 46).

- Cámara espiral. Metálica o de hormigón, de secciones apropiadas.

- Distribuidor.

- Tubo de aspiración.

- Eje.

- Equipo de sellado del eje de turbina.

- Cojinete guía de turbina.

- Cojinete de empuje. Normalmente formando conjunto con el anterior.

Nos centraremos en el elemento que difiere plenamente entre ambos tipos de turbinas, el rodete, el cual identifica a la turbina Kaplan como tal, permitiendo la obtención de rendimientos óptimos, incluso con valores de 30% del caudal máximo.

REGULACIÓN DE TURBINAS KAPLAN.

Dentro de los tres tipos de turbinas estudiados, las Kaplan son las que disponen de un sistema de regulación más complejo, ya que, además de los elementos conocidos, destinados al accionamiento de las palas directrices del distribuidor, cuenta con los mecanismos necesarios para el gobierno de las palas del rodete, a fin de que, con la adecuada posición de las mismas, se pueda obtener el rendimiento idóneo, incluso con grandes variaciones de caudal y de altura de salto (Fig. 49 y 77). Cuando se trata de grupos pequeños, la regulación se lleva a efecto por un regulador con dos válvulas distribuidoras, con dependencia recíproca, de forma que siempre se logra la posición exacta de las palas del rodete respecto de las palas del distribuidor.

En el caso de grupos de grandes dimensiones, un regulador auxiliar externo, interconectado con el regulador que gobierna al distribuidor, controla la orientación de las palas del rodete. Entre ambos reguladores existe una gran coordinación de actuación, llegando a depender, incluso, de la cota de salto existente.

La conjugación de la posición de las palas del rodete, en relación con las del distribuidor, se consigue mediante las señales recibidas por el regulador que gobierna a este ultimo, a través de la denominada barra de retroceso, la cual le transmite las sucesivas posiciones de las palas del rodete.

También existen rodetes Kaplan en los que las palas cambian de posición automáticamente, debido a la acción de fuerzas hidráulicas internas en un embolo autocompensador, sin ser necesario el empleo de cilindros maniobrados por presión de aceite. Son los denominados rodetes de autoajuste.

En todos los casos, la regulación funciona de tal modo que cuando aumenta la carga, se abren, simultáneamente, las palas del distribuidor y del rodete. Cuando desciende la carga, el distribuidor responde a la señal del regulador, cerrando con relativa rapidez, de forma más lenta se cierran las palas del rodete.

Interpretamos por apertura total de las palas del rodete cuando estas toman la posición de inclinación máxima, respecto a un plano perpendicular al eje de turbina que pase por los asientos de giro de las mismas. El cierre completo corresponde a la menor inclinación de dichas palas, es decir, cuando llegan casi a solapar unas sobre otras. En los arranques, se suelen orientar con un grado de apertura superior al de conjugación, normalizándose ésta al alcanzarse, aproximadamente el 45% de la velocidad nominal.

4. TURBINAS FRANCIS.

Son conocidas como turbinas de sobrepresión por ser variable la presión en las zonas del rodete, o de admisión total ya que éste se encuentra sometido a la influencia directa del agua en toda su periferia. También se conocen como turbinas radiales-axiales y turbinas de reacción, conceptos que se ampliarán en su momento.

El campo de aplicación es muy extenso, dado el avance tecnológico conseguido en la construcción de este tipo de turbinas. Pueden emplearse en saltos de distintas alturas dentro de una amplia gama de caudales (entre 2 y 200 m3/s aproximadamente).

Consideraremos la siguiente clasificación, en función de la velocidad específica del rodete, cuyo número de revoluciones por minuto depende de las características del salto.

- Turbina Francis lenta. Para saltos de gran altura (alrededor de 200 m o más).

- Turbina Francis normal. Indicada en saltos de altura media (entre 200 y 20 m)

- Turbinas Francis rápidas y extrarrápidas. Apropiadas a saltos de pequeña altura (inferiores a 20 m).

El concepto de velocidad específica se tratará adecuadamente en el apartado 9.10.

Las turbinas Francis, son de rendimiento óptimo, pero solamente entre unos determinados márgenes (para 60 % y 100 % del caudal máximo), siendo una de las razones por la que se disponen varias unidades en cada central, al objeto de que ninguna

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