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Bloque I. Tema 3.4. Turbinas Kaplan

Sistemas y Máquinas Fluido Mecánicas

Carlos J. Renedo

Inmaculada Fernández Diego

Juan Carcedo Haya

Félix OrHz Fernández

Departamento de Ingeniería Eléctrica y Energé5ca

Este tema se publica bajo Licencia:

Crea5ve Commons BY-‐NC-‐SA 4.0

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/

BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles

Las trasparencias son el material de apoyo del profesorpara impartir la clase. No son apuntes de la asignatura.Al alumno le pueden servir como guía para recopilarinformación (libros, …) y elaborar sus propios apuntes

En esta presentación se incluye un listado de problemasen el orden en el que se pueden resolver siguiendo eldesarrollo de la teoría. Es trabajo del alumnoresolverlos y comprobar la solución


1.1.- Introducción a las Máquinas Hidráulicas

1.2.- Bombas Hidráulicas

1.3.- Turbinas Hidráulicas

1.3.1.- Generalidades de las Turbinas Hidráulicas

1.3.2.- Turbinas Pelton

1.3.3.- Turbinas Francis

1.3.4.- Turbinas Kaplan

1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas


Departamento:

Area:

Ingeniería Eléctrica y Energética

Máquinas y Motores Térmicos

CARLOS J RENEDO [email protected]

INMACULADA FERNANDEZ DIEGO [email protected]

JUAN CARCEDO HAYA [email protected]

FELIX ORTIZ FERNANDEZ [email protected]

Las trasparencias son el material de apoyo del profesorpara impartir la clase. No son apuntes de la asignatura.Al alumno le pueden servir como guía para recopilarinformación (libros, …) y elaborar sus propios apuntes

En esta presentación se incluye un listado de problemasen el orden en el que se pueden resolver siguiendo eldesarrollo de la teoría. Es trabajo del alumnoresolverlos y comprobar la solución


1.1.- Introducción a las Máquinas Hidráulicas

1.2.- Bombas Hidráulicas

1.3.- Turbinas Hidráulicas

1.3.1.- Generalidades de las Turbinas Hidráulicas

1.3.2.- Turbinas Pelton

1.3.3.- Turbinas Francis


1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas


Generalidades

Descripción

Triángulo de Velocidades

Regulación, Giro de los Álabes

BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas


La turbina KAPLAN es, en esencia, una turbina de hélice de álabesorientables

La turbina DERIAZ es, en esencia, una turbina Francis de álabesorientables

La principal ventaja que presentan estas turbinas es la posibilidad deajustar su geometría, según la carga demandada, a las condiciones deóptimo rendimiento. Un rodete puede trabajar como infinitos rodetes

Esto produce un cambio importante en el comportamiento de laturbomáquina a cargas parciales

Dato cronológico: La turbina Kaplan fue presentada en el año 1.925, laturbina Deriaz en 1.956

La regulación de las turbinas hidráulicas se realiza mediante la variacióndel caudal suministrado, a igualdad de salto

Generalidades (I)









Generalidades (I)

«Turbinas Hidráulicas» P. Fernández Díez



Generalidades (I)







http://fundacjaenergia.pl/baza-wiedzy/technologie/energia-wod/turbiny-wodne http://www.omos.cz/_en/turbine-models/

http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-164.htm









Generalidades (I)




Generalidades (I)







http://fundacjaenergia.pl/baza-wiedzy/technologie/energia-wod/turbiny-wodne http://www.omos.cz/_en/turbine-models/

http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-164.htm

http://www.unet.edu.ve/%7Efenomeno/F_DE_T-164.htm

http://www.omos.cz/_en/turbine-models/

http://fundacjaenergia.pl/baza-wiedzy/technologie/energia-wod/turbiny-wodne



Comportamiento del rendimiento a carga parcial

T. Hélicens = 1050

T. Hélicens = 650

T. Francisns = 250

T. Francisns = 500

T. Kaplanns = 200

T. Peltonns = 20

T. Kaplanns = 500

Rendimientot

Q/Qdiseño10,50

50

100

Generalidades (II)



Las turbinas Kaplan son turbinas de reacción y de admisión total, cuyofuncionamiento es adecuado a pequeños saltos (hasta 50 m) y caudalesmedios y grandes (15 m3/s). Se conocen también como turbinas de dobleregulación

Las turbinas Deriaz son turbinas de reacción y de admisión total, cuyofuncionamiento es adecuado a pequeños y medianos saltos (hasta 200 m)y caudales medios y grandes

Ambas turbinas se adaptan bien al funcionamiento reversible (comobombas), por lo que son adecuadas para las centrales de bombeo

Descripción (I)



Un montaje característico de este tipo de turbinas, conjuntamente con elalternador, constituye los llamados grupos bulbo, propios de las centralesmaremotrices

Descripción (II)





Descripción (II)

http://www.rpenergies.com/hidroenergiacutea.html




Descripción (II)





Descripción (II)





Respecto a las turbinas Francis, las turbinas Kaplan se diferencian deaquéllas, principalmente, en las características del rodete

Descripción (III)

http://comohacer.eu/como-hacer-una-turbina-hidraulica-simple/

http://www.arquitectura21.com/2010/12/componentes-y-rodamiento-de-una-turbina-kaplan.html



En las turbinas Kaplan las palas del rodete están situadas a un nivel másbajo que el distribuidor, de modo que la corriente de agua que fluye poréste incide sobre dichas palas en su parte posterior, en dirección paralelaal eje de la turbina

Palas delrodete

Compuertas deldistribuidor

Descripción (IV)





Respecto a las turbinas Francis, las turbinas Kaplan se diferencian deaquéllas, principalmente, en las características del rodete

Descripción (III)





En las turbinas Kaplan las palas del rodete están situadas a un nivel másbajo que el distribuidor, de modo que la corriente de agua que fluye poréste incide sobre dichas palas en su parte posterior, en dirección paralelaal eje de la turbina

Palas delrodete

Compuertas deldistribuidor

Descripción (IV)



En las turbinas Kaplan

efnb HHH

E S

Rejilla

Compuerta de admisión

A

Z

Descripción (V)

«Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas» C. Mataix



El genérico para M. H.:

Triángulo en la entrada y otro Triángulo en la salida

β

C W

UVelocidad periférica del rodete

Velocidad del fluido Velocidad relativa

wuc

C

Cu

Cm

W

Wu

Wm

mu ccc mu www

β

2

W1

β2

C1

W2

U2

C2

U11β1

m2m1 cc

m2m1 cc

Triángulo de Velocidades en una T. Kaplan



El giro de los álabes del rodete permitebuscar el punto óptimo de trabajo

Se busca que el flujo de agua a la salidasea totalmente axial (c2u = 0)

El giro de los álabes del distribuidorpermite modificar 1

gcucu

H u22u11.H.M

g

cuHH u11

Max.H.M.H.M

2eje1

2rodete1m1 dd

4cQ

W1

β2

C1

W2

U2

C2

U11β1

2 = 90º

a)

Regulación, Giro de los Álabes (I)



Si se ponen los álabes más verticales:

• se abre el paso del caudal

• la velocidad de entrada del agua aumenta

• la velocidad de giro se debe mantenermb1ma1 cc

ba QQ

α1 aumentaβ1 aumentac1 aumentaw1 aumenta

α2 cte = 90ºβ2 aumentac2 aumentaw2 aumenta

b1a1 uu

β2

W2

U2

C2

90º

W1

C1

U1

1 β1

W1

C1

U11β1

β2

W2

U2

C2

2 = 90º

W1

β2

C1

W2

U2

C2

U11β1

2 = 90º

a)

b)

Regulación, Giro de los Álabes (II)



Si se ponen los álabes más horizontales:

• se cierra el paso del caudal

• la velocidad de entrada del agua disminuye

• la velocidad de giro se debe mantenermc1ma1 cc

ca QQ

c1a1 uu

U1

2 = 90º

W1

C1

1

β1

β2

W2

U2

C2

α1 disminuyeβ1 disminuyec1 disminuyew1 disminuye

α2 cte = 90ºβ2 disminuyec2 disminuyew2 disminuye

β2

W2

U2

C2

90º

W1C1

U1

1 β1

W1

β2

C1

W2

U2

C2

U11β1

2 = 90º

a)

c)

Regulación, Giro de los Álabes (III)

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