6.3 Principios de funcionamiento de turbinas de reacción (Francis, Kaplan).

Turbinas Francis

En la figura 22-7 se representa una turbina Francis lenta construida por la casa Escher-Wyss:

1. Caja espiral. Según las dimensiones de la turbina se construye de acero colado, fundición, chapa roblonada o soldada u hormigón armado (solo o blindado con chapa para evitar fugas).

2. Distribuidor (ver figura 22-8). La caja espiral y el distribuidor dirigen el agua al rodete con un mínimo de perdidas, y transforman parte de la energía de presión (no toda).

3. Rodete. 4. Codo de entrada en el tubo de aspiración. El tubo de aspiración crea una

depresión a la salida del rodete.5. Nivel inferior (NI) del salto.

La velocidad periférica óptima del rodete a la entrada u1 es en cambio superior. Así, en la ecuación válida para todas las turbinas:

u1=ku1√2gH

k u1≅ 0.5en las turbinasde accion .

Mientras que k u1 oscila entre 0.65 y 2.5 en las turbinas de reacción (k u1aumentaal aumentar ns).

De la ecuación anterior y de u1=π D 1n

60 se deduce fácilmente que en una turbina

cualquiera:

n=C√H ku1D1

Donde:

C es constante. Numero de revoluciones de los grupos de turboalternadores

En las centrales hidroeléctricas las turbinas accionan alternadores síncronos que han de producir una corriente, la cual en Europa tiene una frecuencia:

f=50cps=50 x 60=3000cpm

Para conseguir una corriente con frecuencia f (cps) hará falta en general que la turbina gire a:

n=60 fz

Donde:Z es el número de pares de polos del alternador. Para Europa se produce a ecuación:

n=3000z

En las centrales de poca altura se emplean a veces alternadores de 40 y más pares de polos, naturalmente muy costosos. Ahora bien, un alternador de 40 pares de polos gira a 75 rpm, y, paradójicamente, la turbina de accionamiento técnicamente sería muy rápida.

Clasificación de las turbinas de reacción según el número específico de revoluciones

La importancia relativa de la potencia útil, Pa , la altura neta, H, y el número de revoluciones n, en la forma del rodete se expresa por el valor del número específico de revoluciones, ns:

ns=n Pa12H

−54

También puede expresarse ns en función del caudal:

ns=3.65n√ntotQ12 H

−54

Turbinas Francis

En la figura 22-14 se representa una central de agua fluyente de pequeña altura equipada con turbinas Kaplan:

1. Compuerta de admisión a la turbina. Solo cuando se cierra esta compuerta la turbina queda sin agua para la revisión, porque la estanqueidad perfecta no se logra con el distribuidor Fink, aun estando completamente cerrado. Estas compuertas suelen ser de diferentes tipos.

2.