Turbinas

1. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

2. Clasificación de Acuerdo al Diseño del Rodete • Kaplan • Pelton • Francis Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

3. Clasificación de Acuerdo al Cambio de Presión en el Rodete • Turbinas de acción: Son aquellas en las que el fluido de trabajono sufre un cambio de presión importante en su paso a través de rodete. • Turbinas de reacción: Son aquellas en las que el fluido de trabajosi sufre un cambio de presión importante en su paso a través de rodete. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

4. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

5. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

6. Partes de una Turbina de Acción • Tubería forzada‡ • Distribuidor ‡ • Rodete Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

7. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

8. Partes de una Turbina de Reacción • Tubería forzada‡ • Distribuidor  • ‡Rodete‡ • Tubo de aspiración Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

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10. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

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12. 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). Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

13. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

14. Partes de una Turbinas Pelton • Codo de entrada • Inyector  • Tobera • Válvula de aguja • Servomotor  • Regulador  • Mando del deflector  • Deflector  • Chorro • Rodete • Álabes o cucharas. • Freno de la turbina • Blindaje • Destructor de energía Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

15. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

16. Tiene un excelente rendimiento debido a la posibilidad de hacer mínima la pérdida por velocidad residual y por fricción del agua sobre las cucharas. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

17. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

18. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

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20. Partes de una Turbina Francis • Caja espiral • Predistribuidor  • 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

21. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

22. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

23. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

24. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

25. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

26. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

27. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

28. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

29. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

30. Partes de una Turbina Kaplan • Compuerta de admisión de la turbina • ‡Distribuidor Fink‡ • Rodete‡ • Tubo de aspiración Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

31. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

32. Mecanismo de Orientación de los Álabes Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

33. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

34. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

35. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez

36. 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. Mantenimiento Mecánico. Prof. Ing. Luis Suárez