Ventajas y desventajas de la turbina pelton

1)Turbinas Hidráulicas:

Las maquinas rotodinamicas o turbomaquinas aprovechan las variaciones de la E.Cinética que experimenta el fluido a su paso por la máquina.La turbina hidráulica es una turbomaquina donde la E.Mecánica proviene de la variación de cantidad de movimiento del agua al fluir por un sistema de alabaes rotacionales.

2) Clasificación de las Turbinas:

A) Según la variación de presión estática a través del rodete:

 (Turb.De Acción: La presión estática es constante entre la entre la entrada y la salida del rodete, Turb.De Reacción: La presión estática disminuye entre la entrada y salida del rodete.)

 B) Según la Dirección del flujo atraves del rodete (determina la forma geométrica del rodete): Pueden ser Turbinas de flujo tangencial, radial, axial, semiaxial.

C)Según el grado de admisión del rodete (consideran que los alabes rotativos están sometidos a la acción del flujo de agua): Pueden ser Turbinas de admisión parcial o total.

3) Partes de una turbina Hidráulica

Distribuidor: es un elemento estático que no tiene velocidad angular y no produce trabajo mecánicoy sus funciones son: (acelera el flujo de agua al transformar la E.Potencial del agua en E.Cinética, dirige el agua hacia el rodete, actúa como regulador de caudal).

El Rodete:es el órgano fundamental de las turbinas hidráulicas, compuesta por un disco provista de alabaes, animado por una velocidad angular, en este se produce la transformación de la E.Hidráulica del salto en E.Mecánica mediante la aceleración y desviación del flujo de agua).

Tubo de Aspiración: es común en las turb. De reacción, se instala acontinuacion del rodete, es un conducto divergente y sus funciones son: (recupera altura entre la salidad del rodete y el canal de desagüe, recupera parte de la E.Cinética del agua en la salida del rodete).

Carcasa: Cubre y soporta a las partes de la tubina.

4)Tipos de Turbinas Hidráulicas:

Acción:

(Pelton, Turgo, Michell-Banki)

Reacción:

(Francis, bomba rotodinamica operando como turbina, deriaz, Kaplan, bulbo y generador periférico).

5) Turbina Pelton:

es una turbina de acción de flujo tangencial y admisión parcial, opera eficientemente en condiciones de grandes saltos y bajos caudales.

5.1) Distribuidor:

compuesto por un inyector o varios inyectores (pueden ser 6) el inyector consta de una tobera circular provista de una aguja de regulación que se mueve axialmente variando la sección de flujo.Si se requiere una operación rapiuda para dejar al rodete sin acción de chorro, se adiciona una placa deflectora, cerrando así la aguja en un tiempo mas largo, reduciendo así los efectos de golpe de ariete.

5.2) Rodete:

depende del numero de chorros o de inyectores, consta de un disco provisto de una serie de cucharas montadas en su periferie. Puede instalarse en el eje horizontal con 1 o 2 inyectores y en el eje vetical con 3 a 6, son empleados en pequeñas y grandes centrales.

6) Turbina Turgo: Es una turbina de acción, de flujo axial y admisión parcial

6.1) Distribuidor

Consiste de un inyector del tipo pelton que proyecta un chorro de agua inclinado respecto al plano en un ángulo de 20 a 22,5.

6.2) Rodete:

Semejante a medio rodete de la turbina pelton, es de admisión parcial y puede instalarse con eje vertical o horizontal y es empleada en pequeñas centrales.

Comparación con la turbina pelton:

La turb. Turgo opera con mayor caudal que la pelton, posee las mismas carácterísticas, operación con buena eficiencia, escaso riesgo de cavitación, fácil acceso asus partes, buena tolerancia a la erosión pero tiene inconvenientes como: baja eficiencia y la existencia de un empuje axial debido al chorro inclinado.

7) Turbina Michell Banki:

es una turbina de acción, de flujo radial, de doble paso y admisión parcial.

7.1)Distribuidor:

Es una tobera rectangular que abarca al rodete en un ángulo de admisión parcial, esta dotado de una paleta directriz para regular el caudal.

7.2) Rodete:

Tiene forma de tambor o cilindro y esta compuesta por un par de discos en las que se fijan periféricamente los alabes, su forma circular permite que la turbina trabaje dentro de grandes rangos de variación de caudal, la diferencia con otras turbinas es que no tiene deflexión axial de chorro porque el flujo discurre sobre planos perpendiculares al eje.

Características:

Opera a P.Atm, pero en bajos saltos suele tener un tubo de aspiración para recuperar parte de la altura de montaje, lo que crea una P.Int para lo cual se utilizara una válvula para evitar que se inunde el rodete, tiene buena eficiencia dentro de un amplio rango de caudal pero no superan a las Pelton o Francis, usadas en pequeñas centrales por su bajo costo y fácil construcción.

8)Bombas que operan como turbinas:

Opera mediante la inversión de sentido del flujo y de la rotación, debido a que no tiene distribuidor operan a plena carga, la regulación se hace mediante disipación de energía, calentando el agua o irradiando calor al exterior, su operación es regulada mediante un regulador electrónico de carga.

Ventajas:

Reducción de costo, son fáciles de adquirir, requiere de una adecuada selección, su eficiencia no es muy alta por lo que se recomienda su uso para bajas potencias.

9)Turbina Francis: Es una turbina de reacción, de flujo mixto, centrípeto y admisión total

9.1) Distribuidor:

consta de una serie de alabes de posición variable, conformando conductos de tipo tobera, de este modo acelerando el flujo de agua orientándolo hacia el rodete permitiendo una regulación del caudal.

9.2)Rodete:

consta de una serie de alabes fijos colocados entre un disco y una corona exterior, poseen doble curvatura. El agua ingresa radialmente por la periferia externa y sale del rodete en dirección axial hacia el tubo de aspiración.

9.3)Tubo de aspiración:

Tiene forma de un difusor puede ser recta o acodada, la utilización de uno u otro tipo depende de la altura de aspiración la cual es calculada con la teoría de cavitación.

9.4)Carcasa: Consiste en una cámara espiral cuya función es la de dirigir el agua hacia el distribuidor

Comparación Las T.Francis comparadas alas Pelton:

tienen dimensiones mas pequeñas porque presentan mayor admisión de flujo y son de admisión total, operan a mayor velocidad de rotación debido a que son turbinas de reacción, tienen desventajas como la baja eficiencia a cargas parciales gran riesgo de reparación y alto costo de reparación.

10) Turbina Kaplan:

turbina de reacción de flujo axial y admisión total su principal carácterística es que su rodete tiene alabes de perfil de ala de avión, distribuidor es de tipo fink, similar a la francis, tiene carcasa tipo espiral circular o rectangular y un tubo de aspiración recto o acodado según la altura de aspiración, debido a que los alabes del rotor son orientables operan con gran eficiencia en un amplio rango de caudal.

11)Turbina Hélice:

Es una variante de la Kaplan, ya que poseen un rodete con alabes fijos con la que abarata el rodete pero disminuye su eficiencia a cargas parciales pero no tienen una doble regulación.

12)Turbinas Axiales:

utilizan un rodete Kaplan con un distribuidor fink adoptado al flujo axial, poseen una carcasa troncao-cónica de sección convergente en la dirección del flujo.

12.1) Turbina Tubular:

  el accionamiento del generador se hace mediante una extenson del eje hasta la casa de maquinas, lo cual es una dificultad por su alto costo de obra civil.

12.2) Turbina Tipo Bulbo:

utiliza un rodete Kaplan su generador esta ubicada dentro del cubo, con lo que ahorra gran parte del eje de la turbina tubular, haciendo que sea mas compacta y barata, así como menor riesgo de vibración en el eje.

12.3) Turbina de generador periférico:

Reduce la distancia axial del grupo, ya que el rotor del generador esta instalado en la periferia del rodete, eliminando el eje de traslación con ello reduciendo los costos de obra civil, es usado en medianas y grandes centrales.

13) Cavitación:

es el fenómeno de formación de vapor producida cuando el liquido fluye por regiones donde, por causa de las altas velocidades de flujo de presión estática es menor que la presión del vapor.
Si las burbujas alcanzan zonas de mayor presión que las de presión de vapor, se condensan violentamente, originando problemas hidráulicos y mecánicos en los aparatos de y maquinas donde ocurre este fenómeno.

En turbinas de reacción:

la cavitación ocurre en las zonas de baja presión como la parte convexa de los alabes y las partes laterales cercanas a la salida del rodete y al ingreso de los tubos de aspiración.

En turbinas de Acción:

puede ser causada por su geometría desfavorable o pequeña discontinuidad de las superficies en estas turbinas no es necesario el cálculo de la altura de aspiración al contrario de las turbinas de reacción  ya que el proceso de flujo en el rodete se desarrolla a presión atmosférica.

Cavitación de tipo local:

cuando el flujo encuentra una obstrucción como la rugosidad de la superficie que producirá una desigualdad de velocidad y la presión estática.

Efectos de la cavitación:

se manifiestan en una variación de la turbina al disminuir la potencia, caudal y eficiencia, producción de ruidos y vibraciones y destrucción de la superficie de los alabes y sus zonas adiacentes a causa de la condensación de las burbujas de vapor que originan altas presiones.

14) Numero especifico de revoluciones:

para el diseño y construcción de una turbina hidráulica requiere de la solución de problemas y se da la utilización de modelos de este modo se reduce el costo de los ensayos experimentales y mucho mejor control y precisión en la conducción de estos y podemos apreciar el numero especifico de revoluciones de caudal y de potencia.