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TURBINAS KAPLAN. HISTORIA Las turbinas tipo Kaplan fueron diseñado por el ingeniero austríaco. Víctor Kaplan (1876-1934) en el principio del siglo 20. A diferencia de los otros tipos de turbinas se puede ajustar ambas alabes (los del rotor y los alabes de guía) para adaptar la turbina a diferentes niveles del caudal. Los ejes son de orientación horizontal o vertical. Se usa este tipo de turbina en plantas de presión baja y mediana. DEFINICION. Las turbinas tipo Kaplan son turbinas de admisión total y clasificadas como turbinas de reacción. Se emplean en saltos de pequeña altura (alrededor de 50 m y menores alturas), con caudales medios y grandes (aproximadamente de 15 m3/s en adelante). Debido a su singular diseño, permiten desarrollar elevadas velocidades específicas, obteniéndose buenos rendimientos, incluso dentro de extensos límites de variación de caudal. A igualdad de potencia, las turbinas Kaplan son menos voluminosas que las turbinas Francis. Normalmente se instalan con el eje en posición vertical, si bien se prestan para ser colocadas de forma horizontal o inclinada. Uno de los tipos más eficientes de las turbinas de agua de reacción de flujo axial, con un rodete que funciona de manera semejante a la de una hélice de un motor de un barco.

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Para que sirven las turbinas Kaplan? Las turbinas Kaplan son utilizadas para la generación de energía en lugares donde se requiera de una turbina de reacción que maneje saltos de pequeña altura (alrededor de 60 m. y menores), con caudales medios y grandes (aproximadamente de 15 m3/s en adelante), y requieran desarrollar elevadas velocidades específicas. Por ejemplo este tipo de turbinas son utilizadas en la generación de energía por aprovechamiento hidroeléctrico de las mareas (mareomotriz). Qué problema solucionara? El desabastecimiento energético, este tipo de turbinas es utilizada para la generación de energía eléctrica en grandes cantidades, las

turbinas

Kaplan producen en la central de Mcnary 80,900 Kw.

CARACTERISTICAS.

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Se utilizan para caídas bajas.

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El rodete recuerda la forma de una hélice de barco.

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El ángulo de inclinación de las palas del rodete es regulable.

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Se utilizan para gastos muy grandes.

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La regulación se efectúa por medio de un distribuidor como en las Francis y además con el ángulo de inclinación de las palas en el rodete.

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COMPONENTES DE UNA TURBINA KAPLAN. Algunos componentes de una turbina kaplan:  Cámara espiral  Distribuidor  Rotor o rodete  Tubo de aspiración.  Eje  Equipo de sellado  Cojinete guía  Cojinete de empuje El único componente de las turbinas kaplan, que podría considerarse como distinto al de las turbinas Francis, es el rotor o rodete. 1. Rotor De Una Turbina Kaplan Se asemeja a la hélice de barco, esta formado por un numero determinado de palas o álabes, de 2 a 4 para saltos de pequeña altura y de 5 e 9 cuando los saltos son mayores, por supuesto dentro del campo de aplicación de las turbinas Kaplan. En las turbinas Kaplan, todas y cada una de las palas del rotor están dotadas de libertad de movimiento, pudiendo orientarse dentro de ciertos límites sobre sus asientos respectivos situados en el núcleo, llamado también cubo del rodete, adoptando posiciones de mayor o menor inclinación respecto al eje de la turbina según órdenes recibidas del regulador de velocidad. Las turbinas Kaplan, son también conocidas como turbinas de doble regulación, por intervenir en el proceso de regulación tanto las palas del distribuidor, como sobre las palas del rotor dependiendo de las condiciones de carga y del salto existente. Con este procedimiento se consiguen elevados rendimientos, incluso para cargas bajas y variables, así como en el caso de fluctuaciones importantes del caudal. Las palas directrices del distribuidor, se gobiernan de forma análoga a como se realiza en las turbinas Francis. Para lograr el control adecuado de las palas del rotor, tanto el núcleo del rotor, como el eje de turbina, permiten alojar en su interior los distintos dispositivos mecánicos, tales como

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servomotores, palancas, bielas, destinados a dicho fin. Se distinguen tres sistemas de gobierno de las palas del rotor, dependiendo de la ubicación del servomotor de accionamiento en las distintas zonas del eje del grupo turbina-generador. Así se tiene:  Servomotor en cabeza: el servomotor está instalado en el extremo superior del eje, en la zona del generador.  Servomotor intermedio: en este caso está situado en la zona de acoplamiento de los ejes de la turbina y del generador.  Servomotor en núcleo: está alojado en el propio núcleo del rotor. Actualmente el empleo de servomotor en el núcleo es el mas utilizado, con el se reducen las dimensiones y el número de elementos mecánicos que en los otros sistemas realizan la interconexión entre el servomotor y los ejes de las palas del rotor. En los sistemas de servomotor intermedio y en núcleo, los conductos de aceite entre regulador de velocidad y el servomotor se realizan mediante conductos concéntricos dispuestos en el interior del eje del grupo turbina-generador. En algunas turbinas kaplan las palas del rotor se pueden orientar con mecanismos accionados por motores eléctricos y reductores de velocidad ubicados en el interior del eje. En los rotores kaplan, el interior del núcleo está lleno de aceite a fin de producir la estanqueidad para evitar el paso de agua a través de los ejes de las palas. Una de las características fundamentales de las turbinas Kaplan constituye el hecho que las palas del rotor están situadas a una cota más baja que la cota del distribuidor, de modo que el flujo del agua incide sobre las palas en su parte posterior en dirección paralela al eje de la turbina.

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Fig. 19 – Incidencia del agua sobre las palas del rodete en turbinas Kaplan o de hélice. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LAS TURBINAS KAPLAN. El agua entra al rodete desde la cámara espiral  Flujo prácticamente axial Ángulo de incidencia óptimo de las venas líquidas para caudal variable  Inclinación de álabes del rodete Movimiento simultáneo de todas las palas (complejo sistema de bielas dentro del rodete)

MANTENIMIENTO DE TURBINAS. Entre los equipos más complejos y costosos que se utilizan en la generación de energía se encuentran las turbomáquinas, particularmente las turbinas. Su operación debe vigilarse de manera continua tanto para detectar fallas potenciales o incipientes como para programar su mantenimiento, a fin de aumentar su confiabilidad, disponibilidad y vida útil. También resulta crucial que las tares de mantenimiento de este tipo de equipos se efectúen con rapidez para reanudar lo antes posibles la generación de energía. El sistema de eléctrico de un país cuanto con varias plantas de generación de energía de diferentes tipos y capacidades. Cada una de

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ellas incluye una gran cantidad de equipos rotatorios, que enfrentan diversos problemas que hacen necesario mejorar las prácticas de operación y mantenimiento. Algunos problemas que se pueden mencionar son la reducción de los recursos necesarios para el mantenimiento de las plantas existentes y para la construcción de nuevas, la vida útil de diseño de los equipos principales, deterioro de las turbinas debido al fenómeno de cavitación y la demanda de energía. 

Trabajos de lubricación Las partes móviles de una turbina son muchas y por eso algunas necesitan lubricación para disminuir su desgaste, entre ellas están las toberas y la válvula de tobera de freno son lubricados por la operación y no requieren lubricación adicional, los cojinetes articulados del varillaje de regulación y el pistón de guía del servomotor del deflector deben engrasarse una ves por mes, y los órganos de cierre si es necesario deben engrasare trimestralmente.

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Controles funcionales Mensualmente deben controlarse el funcionamiento de los sistemas de seguridad, como interruptores límites, presostatos, medición de velocidad, etc. Trimestralmente se debe controlar el funcionamiento de los empaques por medio del caudal de aceite y de agua de fuga. Anualmente debe controlarse el funcionamiento y el hermetismo de todas las válvulas y grifos.

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Trabajo de mantenimiento resultante del servicio Con el fin de eliminar sedimentos de arena en la tubería anular se debe lavar la tubería abriendo la válvula de vaciado. La limpieza de cilindro de agua del servomotor del deflector de cuerpos extraños se realiza cerrando la alimentación de agua, retirar el tornillo de vaciado del cilindro de agua y lavar la tubería y el cilindro abriendo la válvula.

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Controles periódicos en el rodete Desde el momento de la puesta en servicio de un rodete debe controlarse a fisuras y desgastes en los periodos indicados a continuación: 24 horas de servicio

Control visual

450 horas de servicio

Control visual

900 horas de servicio

Control a fisuras superficiales en los cangilones y en la raiz de los mismos.

1800 horas de servicio

Control visual

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4000 horas de servicio

Control a fisuras superficiales en todo el rodete. Este control debe repetirse cada 4000 horas.

Estos intervalos de tiempo se repiten para rodetes en los que fueron efectuados soldaduras de reparación. Revisiones

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Cada 8000 horas de servicio hay que someter la turbina a una revisión completa. Para ello es necesario realizar los siguientes trabajos: 

Control del rodete a fisuras y superficies desgastadas. Especial atención hay que dedicar a los cangilones y el pasaje cangelóncubo de rodete. Si se encuentran fisuras no se debe continuar usando el rodete.

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Controlar a desgaste las puntas de aguja, asientos y cuchillas de deflector de las toberas. Si se encuentran fallas cambiar la pieza con una de repuesto.

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Controlar el llenado y el estado del aceite, de ser necesario cambiarlo o filtrarlo. Antes de poner aceite nuevo es necesario filtrarlo. Fineza 5 лm.

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Controlar a asiento firme uniones de tornillos, pernos y seguros en toda la turbina

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Controlar si el pintado tiene fallas y/o corrosión en la superficie en contacto con agua en especial la superficie de la tubería anular y del foso de la turbina.

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Durante la revisión es necesario realizar todos los trabajos descritos anteriormente.

BIBLIOGRAFIA. Turbinas hidraulicas. Disponible: http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/maquinashidraulicas/turbi nashidraulicas/turbinashidraulicas.html [Consulta: 2010, Mayo 19].

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