INSTITUTO POLITECNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE ENERGIA MECANICA Y ELECTRICAUNIDAD AZCAPOTZALCO

turbinas hidraulicas

EMMANUEL CHAVARRIA ISLAS4MV1

OBJETIVOEL OBJETIVO PRINCIPAL DE ESTE DOCUMENTO ES CONOCER EL CONCEPTO, FUNCIONAMIENTO, TIPOS, CALCULOS DE UNA TURBINA HIDRAULICA LO QUE MAS ADELANTE COMENTAREMOS

INTRODUCCIONPor Turbina, palabra relacionada con el torbellino creado por un fluido, se entiende todo dispositivo mecnico capaz de convertir en trabajo, en la forma de movimiento de rotacin, la energa cintica presente en masas de agua, vapor o gas, al encontrarse stas dotadas de una determinada velocidad de desplazamiento.La aplicacin inmediata del trabajo mecnico desarrollado en la turbina, es la de hacer girar al rotor del generador de energa elctrica, en el cual se realiza la transformacin de la energa mecnica en energa elctrica. Todo ello, como consecuencia de estar rgidamente unidos, generalmente, los ejes de ambas mquinas, turbina-generador, formando un eje nico con el que se obtiene sincronismo de giro entre las mismas, es decir, idntico nmero de revoluciones durante espacios de tiempo iguales.En determinadas mquinas, particularmente en las que proporcionan pequeas potencias y trabajan con poca altura de salto, se suele disponer un multiplicador de velocidad, instalado entre ambos ejes, a fin de que las dimensiones de! generador sean reducidas.

TURBINA HIDRAULICAUnaTurbina hidrulicaes unaturbo mquinamotora hidrulica, que aprovecha la energa de un fluido que pasa a travs de ella para producir un movimiento de rotacin que, transferido mediante un eje, mueve directamente una mquina o bien ungeneradorque transforma laenerga mecnicaenelctrica, as son el rgano fundamental de unacentral hidroelctricaCLASIFICACIONPor serturbo mquinassiguen la misma clasificacin de estas, y pertenecen, obviamente, al subgrupo de las turbo mquinas hidrulicas y al subgrupo de las turbo mquinas motoras. En el lenguaje comn de las turbinas hidrulicas se suele hablar en funcin de las siguientes clasificaciones:CAMBIO DE PRESIN EN EL RODETE O AL GRADO DE REACCIN Turbinas de accin:Son aquellas en las que elfluido de trabajono sufre un cambio de presin importante en su paso a travs de rodete. Turbinas de reaccin:Son aquellas en las que elfluido de trabajosi sufre un cambio de presin importante en su paso a travs de rodete.Para clasificar a una turbina dentro de esta categora se requiere calcular elgrado de reaccinde la misma. Las turbinas de accin aprovechan nicamente la velocidad del flujo de agua, mientras que las de reaccin aprovechan adems la prdida de presin que se produce en su interior.

DISEO DEL RODETEEsta clasificacin es la ms determinista, ya que entre las distintas de cada gnero las diferencias slo pueden ser de tamao, ngulo de los labes o cangilones, o de otras partes de la turbo mquina distinta al rodete. Los tipos ms importantes son: Turbina Kaplan:son turbinas axiales, que tienen la particularidad de poder variar el ngulo de sus palas durante su funcionamiento. Estn diseadas para trabajar con saltos de agua pequeos y con grandes caudales.(Turbina de reaccin) Turbina Hlice:son exactamente iguales a las turbinas Kaplan, pero a diferencia de estas, no son capaces de variar el ngulo de sus palas. Turbina Pelton: Son turbinas de flujotransversal, y de admisinparcial. Directamente de la evolucin de los antiguosmolinos de agua, y en vez de contar con labes o palas se dice que tienecucharas. Estn diseadas para trabajar con saltos de agua muy grandes, pero con caudales pequeos.(Turbina de accin) Turbina Francis: Son turbinas de flujo mixto y de reaccin. Existen algunos diseos complejos que son capaces de variar el ngulo de sus labes durante su funcionamiento. Estn diseadas para trabajar con saltos de agua medios y caudal medios. Turbina Ossberger / Banki / Michell: La turbina OSSBERGER es una turbina de libre desviacin, de admisin radial y parcial. Debido a su nmero especfico de revoluciones cuenta entre las turbinas de rgimen lento. El distribuidor imprime al chorro de agua una seccin rectangular, y ste circula por la corona de paletas del rodete en forma de cilindro, primero desde fuera hacia dentro y, a continuacin, despus de haber pasado por el interior del rodete, desde dentro hacia fuera.Es una turbina hidrulica de impulso diseada para saltos de desnivel medio. El rodete de una Turgo se parece a un rodete Pelton partido por la mitad. Para la misma potencia, el rodete Turgo tiene la mitad del dimetro que el de un rodete Pelton y dobla la velocidad especfica

Los tres tipos de turbinas hidrulicas utilizados con mejores resultados en la actualidad. De cada uno de dichos tipos, mencionaremos las caractersticas tcnicas y de aplicacin ms destacadas que los identifican, la descripcin de los distintos elementos que componen cada turbina, as como el principio de funcionamiento de las mismas.TiposTurbinas PELTONTurbinas FRANCISTurbinas KAPLAN Para establecer esta relacin en el orden indicado, en el empleo de las turbinas en funcin de la altura del salto, si bien no hay lmites perfectamente definidos que separen los mrgenes de utilizacin de unos tipos respecto de los demsPOR EL NMERO DE REVOLUCIONES ESPECFICASTurbinas LentasTurbinas NormalesTurbinas RpidasTurbinas Extra-rpidasSEGN LA POSICIN DEL EJETurbinas Horizontales.Turbinas Verticales.POR EL MODO DE ADMISIN DEL AGUATurbinas de Admisin Parcial. Ver turbinas Pelton.Turbinas de Admisin Total. Ver turbinas Francis y Kaplan.

POR LA MANERA DE ACTUAR LOS CHORROS DE AGUATurbinas de Accin.Turbinas de Reaccin.POR LA DIRECCIN DEL AGUATurbinas Radiales.Turbinas Axiales.Turbinas Radiales-Axiales.Turbinas Tangenciales.POR LAS CARACTERSTICAS DE LA CMARATurbinas de Cmara Cerrada.Turbinas de Cmara Abierta.POR LA FUNCIN DESARROLLADATurbinas Reversibles.Turbinas No Reversibles. Destinadas slo a producir trabajo mecnico.

FUNCIONAMIENTOUna turbina hidrulica es accionada por el agua en movimiento, una vez que sta es debidamente encauzada hacia el elemento de turbina denominado distribuidor, el cual, circularmente, distribuye, regula y dirige un caudal de agua que tiende a incidir, con mayor o menor amplitud, hacia el centro del crculo descrito, sobre un rotor o rueda mvil conocida con el nombre de rodete, que, conjuntamente con el eje en el que est montado, ha de estar perfectamente equilibrado dinmica y estticamente De lo expuesto se deduce cmo la energa del agua, originalmente la mayora de los casos en forma de energa potencial de tipo gravitatorio, se convierte en energa cintica al pasar sucesivamente par el distribuidor y el rodete, debido a la diferencia de nivel existente entre la entrada y la salida de la conduccin en consecuencia, se provocan cambios en la magnitud y direccin de la velocidad del fluido, lo que hace que se produzcan fuerzas tangenciales en el rodete, generndose as energa mecnica al girar ste.El rendimiento de las instalaciones con turbinas hidrulicas, siempre es elevado, pudiendo llegar desahogadamente al 90 % o ms, despus de tener en cuenta todas las prdidas hidrulicas por choque, de caudal, de friccin en el generador, mecnicas, etc.Los problemas de regulacin de velocidad son importantes, principalmente a causa de las grandes masas de agua que entran en juego, con sus aceleraciones positivas y negativas, que se transforman en ondas de presin. La continuidad de las columnas de agua transmite a las ondas, producindose fuertes choques o golpe de ariete que es necesario evitar o por lo menos controlar

FENMENOS ANMALOS EN LAS TURBINAS HIDRULICASLas turbinas hidrulicas, el ser mquinas complejas de grandes dimensiones, estn bajo la accin de elevados esfuerzos mecnicos, lo que puede dar origen a rozamientos, agarrotamientos, etc. Adems, al estar supeditadas a la influencia directa del agua, tienen que soportar efectos hidrulicos desfavorables para su correcto funcionamiento, como son erosiones, corrosiones, etc. As mismo, ha de tenerse en cuenta el efecto abrasivo que ejerce la arena contenida en el agua, sobre las piezas situadas en su camino.Dos fenmenos que influyen negativamente en el funcionamiento idneo de un grupo, si no se adoptan las medidas adecuadas para eliminarlos o, por lo menos, reducirlos al mximo.Cavitacin.Golpe de ariete.REGULACIN DE VELOCIDAD DE LAS TURBINAS HIDRULICASRegulacin de velocidad es el proceso mediante el cual se mantiene constante una magnitud o condicin definida aunque varen determinados factores como puede ser la carga solicitada a un grupo de tensin de lnea, la temperatura de una mezcla, etc.Regulacin de velocidad de las turbinas hidrulicas y en consecuencia, en la regulacin de velocidad de las mquinas que hemos definido como grupos.En el caso concreto la magnitud de la regulacin es la velocidad o nmero de revoluciones por minuto a que ha de girar el rodete de la turbina, con el fin de que, por medio del eje se transmita el giro uniforme que debe de existir y mantenerse entre dicho rodete y el rotor del alternador.Cuando se produce una variacin en la carga solicitada al grupo, es decir, segn aumente o disminuya el par resistente que acta sobre la turbina, esta tender respectivamente a reducir o aumentar el nmero de revoluciones con que estuviese en funcionamiento normal antes de producirse la variacin de carga.En tales condiciones, el funcionamiento de la turbina sera totalmente inestable. Llegando a parase al aumentar la carga y a embalarse cuando sta disminuyese.

Podernos llegar a establecer un smil, con el comportamiento del motor de un automvil en el que, al subir o bajar fuertes pendientes, solamente le funcionase la directa de su caja de cambios y, el acelerador, se mantuviese en el punto fijo conveniente a su marcha normal sobre terreno llano. Es obvio que, durante los sucesivos ascensos y descensos, el motor tendera, respectivamente, a reducir y aumentar el nmero de revoluciones, llegndose a parar o embalarse segn la magnitud de dichas pendientes. Aunque lgicamente se vera afectada, prescindimos de considerar la velocidad propia del vehculo en s.Dado que en la realidad las cargas solicitadas varan constantemente, es necesario adaptar el trabajo motor al resistente, y esto se consigue graduando adecuadamente el paso de agua hacia el rodete. Al regular el caudal de agua preciso para cada valor de carga en cada instante se dispondr de la potencia requerida debindose obtener al mismo tiempo el nmero de revoluciones de funcionamiento normal de la turbina.

CONCLUSION UNA TURBINA HIDRAULICA ES UN MECANISMO QUE ES UNA MUY BUENA ALTERNATIVA ADEMAS DE QUE ES MUY UTILIZADA ES PARTE FUNDAMENTAL DE MUCHAS INDUSTRIAS DEMAS DE GENERAR ENERGIA ELECTRICA O SER EL MOVIMIENTO DE OTROS MECANISMOS .TURBINAS HIDRAULICAS