Turbinas III. Turbinas Hidráulicas.

Categoria:

Varios

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. En la actualidad, los motores hidráulicos casi exclusivamente utilizados son las t. hidráulicas, cuyo principio de funcionamiento es el mismo que el de lasruedas hidráulicas, ya que en ellas la energía cinética (V. DINÁMICA) del agua se transforma en el movimiento de giro de un eje. 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. En las t. de acción (v. I), 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 t. en la misma dirécción del chorro y éste escapa, también en la misma dirección. En las t. de reacción (v. I), el agua no choca frontalmente como en el caso anterior, sino que se desliza sobre el álabe, poniendo la t. 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 t. radiales (v. I), en las que el agua choca radialmente sobre la t.; t. axiales, si el agua choca siguiendo la dirección del eje; y t. radialesaxiales si la entrada del agua se efectúa radialmente y la salida se realiza en la dirección del eje. Todas estas t. pueden ser, además, de eje horizontal y de eje vertical.

Por lo general, las t. de acción se emplean para saltos de agua de pequeño caudal y gran altura, y las de reacción, para saltos y canales medios y, también, para pequeños saltos y grandes canales. A continuación se citan los tipos de t. empleados actualmente: de acción: t. Pelton (radial); de reacción: t. Francis (radial-axial), t. hélice (axial) y t. Kaplan (axial).

La t. Pelton (fig. 4) consta de una rueda motriz o rodete (v. I) 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. 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 t. Pelton de dos o más toberas y de dos o más rodetes, así como de eje vertical.

La t. 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 t. 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 t. 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 t. 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. En la t. hélice, la regulación se efectúa por medio de un distribuidor parecido al de la t. Francis; la t. Kaplan tiene menos álabes que la t. hélice y la regulación se efectúa haciendo girar los álabes sobre sí mismos, de forma que su inclinación varíe. En la fig. 6 se representa el corte axial de una t. 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 t. es hueco y en su interior está alojado el dispositivo que permite variar la inclinación de los álabes. Tanto las t. 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 t. hidráulicas es muy elevado y está comprendido entre 0,85 y 0,95, siendo los valores más altos los correspondientes a t. de gran potencia. La velocidad es relativamente baja y oscila entre 75 y 600 rpm, correspondiendo los valores menores a las t. 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 t. a la velocidad a la cual trabajaría una t. 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 t. en rpm; P=potencia de la t. en CV; H=altura del salto en metros.

La velocidad específica es un índice para determinar, en cada caso, cuál es el tipo de t. más apropiado, ya que el rendimiento de las t. 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 t., en cada caso se obtiene una velocidad específica determinada y un tipo de t. 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 30Turbina Pelton de una tobera.

n,= 30 a 50Turbina 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 400Turbina Francis de rodete rápido.

n, = 400 a 700Turbina Kaplan o turbina Francis de dos rodetes.

5. Alturas de salto de 10 a 25 m.: n,=400 a 700Turbina hélice.

n, = 500 a 1.000Turbina Kaplan. 6. Alturas de salto inferiores a 10 m.: n, = 500 a 1.000 ---> Turbnia Kaplan.

J. RAMÍREZ VÁZQUEZ.

BIBL.: 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.