CAPÍTULO IV TURBOMAQUINAS HIDRAULICAS – TURBINAS 4.1. DEFINICIÓN:
La turbina hidráulica es una turbomáquina motora, !or tanto esencialmente es una bomba rotodinámica que traba"a a la in#ersa$ Una bomba absorbe energía mecánica restitue energía al %uido Una Una turb turbin ina a abso absorb rbe e ener energí gía a del del %uid %uido o resti estitu tue e ener energí gía a mecánica$ Te&ricamente, Te&ricamente, suministrando energía energía hidráulica a la maquina, e in#irtiendo el %u"o, una bomba !odría traba"ar como turbina$ 'rácticamente, el rendimiento sería mu ba"o, a #eces nulo, e(ce! (ce!tu tuan ando do las las maqu maquin inas as es!e es!eci cial alme ment nte e dise dise)a )ada das s !ara !ara traba"ar como bomba como turbina, como es el caso de la maquina doble bomba*turbina de las centrales de bombeo$
4.2. ELEMENTOS CONSTITUTIVOS: Los elementos constituti#os de una turbina son análogos a los de una bomba+ !ero dis!uestos en orden in#erso$ ig$ -$./
H
P E
=( + ρ g
z E
+
vE 2 2g
)+(
PS ρ g
+
z S +
vS 2 2 g
)
ig$ -$.$ Central hidráulica$ Altura de salto+ má(ima, 01 m+ mínima, 23 m+ esta central está equi!ada con 4 gru!os de .5611 78 cada uno$
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'ág$ .
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Canal ! ll!"aa # $%&!'(a )#'*aa +,%-# a '!/0n +1. Corres!onde a la tubería de im!ulsi&n en una bomba$ Al :nal de la tubería ;or, secci&n E$ Ca-a !/0'al +2. Trans;orma !resi&n en #elocidad+ en una bomba, #elocidad en !resi&n$ D0/$'0&%0#'. Corres!onde a la corona directri< en una bomba+ !ero en una turbina trans;orma !resi&n en #elocidad act?a como tobera+ !ero en una bomba, !or el contrario, act?a como di;usor$ R#!$!. A las bombas centri;ugas con %u"o en el rodete hacia el e(terior corres!onde el ti!o de turbinas centrí!etas, con %u"o en el rodete hacia el interior$ T%&# ! a/0'a30n +. Corres!onde a la tubería de as!iraci&n de una bomba$ En una turbina es el &rgano de desag@e, !ero se llama tubo de as!iraci&n !orque crea una as!iraci&n o de!resi&n a la salida del rodete+ mientras que en las bombas constitue la tubería de admisi&n crea, también una de!resi&n a la entrada del rodete$ Las turbinas de acci&n, también una de!resi&n a la entrada del rodete$ Las turbinas de acci&n, carecen de tubo de as!iraci&n/ en ellas el agua sale del rodete directamente al canal de salida$
4.. CLASIFICACION DE LAS TURBINAS HIDRAULICAS 4..1. Cla/053a30n ! la T%'&0na/ H0'6%l03a/ Las turbinas hidráulicas, seg?n el grado de reacci&n, se clasi:can en dos gru!os/ Turbinas de acci&n
Turbinas de reacci&n
Esta clasi:caci&n se ;unda en el conce!to de grado de reacci&n/ Si el grado de reacci&n es 1, la turbina se llama de acci&n$ Si el grado de reacci&n es distinto de 1, la turbina se llama de reacci&n$ El grado de reacci&n de una bomba B se de:ne así/
ε B
=
altura de presioncomunicada por el rodete altura total comunicada por el rodete
Análogamente, el grado de reacci&n de una turbina, T se de:ne así/
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'ág$ 4
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=
altura de presionabsorbida por el rodete alturatotal absorbida por el rodete
La :g -$4$ e!resenta una instalaci&n con turbina de acci&n$ La !resi&n del agua no #aría en los alabes$ El rodete no está inundado$ Se encuentra a la !resi&n atmos;érica$
ig$ -$4$ Las turbinas de acci&n son de admisi&n !arcial$
'or el contrario, la :g$ -$.$ e!resenta una instalaci&n con turbina de reacci&n$ La !resi&n a la entrada del rodete es su!erior a la atmos;érica a la salida in;erior$ El rodete a la entrada del rodete es su!erior a la atmos;érica a la salida in;erior$ El rodete está inundado$ Las turbinas de reacci&n son de admisi&n total$
ig$ -$2$a$ Turbina de acci&n La :g$ -$2$a$ es un esquema relacionado con una turbina de acci&n como la de la :g$ -$4$,
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La :g$ -$2$b$ un esquema relacionado con una turbina de reacci&n, como la de la :g$ -$.$ La fg. Esquema de la variación de la presión en las turbinas de acción y de reacción. En las turbinas de acción a) la presión relativa, pe, en el distribuidos se reduce a 0, en el rodete la presión es igual a la entrada y a la salida, por eso el grado de reacción es 0. (b) En las turbinas de reacción la presión relativa a la entrada del rodete es mayor que 0. Hay un salto de presión en el rodete tanto mayor cuanto mayor sea el grado de reacción.
En ambos esquemas se em!lean los subíndices siguientes, que se re:eren a las secciones características de la turbina/ E D entrada en la turbina 1 D entrada del distribuidor . D entrada del rodete 4 D salida del rodete S D salida de la turbina En una turbina de acci&n el rodete traba"a a !resi&n constante, luego '.'4$ Además esta turbina no tiene tubo de as!iraci&n/ La salida del rodete =4> coincide con la salida de la turbina =S>$ Luego '.'4'S'atm$ En una turbina de reacci&n '.F'4$ La salida de la turbina se encuentra en el ni#el de aguas aba"o$ Además, gracias al tubo de as!iraci&n, que reali
4..2. T%'&0na ! a330n 5". 4..a.
T%&!'(a )#'*aa: la altura de !resi&n aumenta a costa de la altura geodésica, que disminue$ La altura de #elocidad !ermanece constante, si la secci&n de la tubería es constante$
D0/$'0&%0#': la altura de !resi&n ba"a a cero =!resi&n relati#a> o sea a la altura de !resi&n ambiente =!resi&n absoluta>$ La !resi&n de #elocidad aumenta !orque el distribuidor trans;orma la energía de !resi&n en energía cinética$ El aumento de esta ?ltima es un !oco menos que disminuci&n de la !rimera !or las !erdidas$
R#!$!: La altura de !resi&n !ermanece constante$ Todo el rodete se encuentra a la !resi&n atmos;érica$ La altura de #elocidad disminue, !orque la energía cinética del
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chorro se #a trans;ormando en energía ?til en el e"e$ En estas turbinas no ha tubo de as!iraci&n$
4... T%'&0na ! '!a330n 5". 4..&.
T%&!'(a )#'*aa: igual que en las turbinas de acci&n$ Si no ha tubería ;or$
D0/$'0&%0#': la altura de !resi&n disminue+ !ero no tanto como en las turbinas de acci&n$ La altura de #elocidad aumenta$
R#!$!: la altura de !resi&n sigue disminuendo hasta un #alor menor que las turbinas de acci&n$ =!resi&n relati#a a la salida del rodete negati#a>$ La altura de #elocidad disminue también/ el rodete trans;orma energía de !resi&n cinética en energía ?til en el e"e$
T%&# ! a/0'a30n: la energía de !resi&n aumenta desde un #alor negati#o hasta 1 =!resi&n barométrica>$ Hracias al tubo de as!iraci&n el salto de !resi&n en el rodete ha sido maor$
4..4. T0#/ a3$%al!/: Antes del .511 las turbinas hidráulicas mas em!leadas ;ueron las de ourneron, on#al ontaine$ Su rendimiento era ba"o, sobre todo a cargas reducidas su #elocidad !eque)a$ A comien$ ACCIJN S A N I B C U T
Solo se construen !rácticamente de %u"o tangencial son las turbinas 'elt&n Ke %u"o diagonal =e(ce!cionalmen te de %u"o real>
EACCIJ N
Ke %u"o a(ial
Ke alabes :"os/ rancis Ke alabes orientables/ turbinas Keria< =rancis de alabes Ke alabes :"os/ turbinas orientables> hélice Ke alabes orientables/ turbinas a!lan =hélice de alabes orientables>
Las alturas de salto =neto> e(!lotadas !or las turbinas que se constituen en la actualidad, así como los tama)os Ing$ 8ill 9orales Alarc&n
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!otencias de las turbinas actuales oscilan entre am!lios límites, seg?n !uede #erse en la tabla -*I TABLA -*I Saltos, tama)os !otencias de los ti!os actuales de turbinas Ti!o de turbina Salto neto, M=m> Kiámetro e(terior del rodete =m> 'otencia en el e"e =98>
eacci&n A(iales Kiagonales =a!lan> =rancis> 4 D 31 4 D 611
Acci&n ='elt&n> -1 D .311
.,1 D .1,6
1,26 D 3,6
1,2 D 6,4
Masta 461
Masta 361
Masta -11
4.4. Cla/053a30n /!"7n !l n%8!'# !/!3053# ! '!9#l%30#n!/: Seg?n el cuadro anterior, en la actualidad se construen cinco ti!os de turbinas/ 'elt&n =Turbinas de acci&n>
