TURBINA KAPLAN
Integrantes:
 Diana Patricia Ortiz Portillo
 Ramon Muñoz Mendoza
 Alberto Javier Cruz Pinedo
 Marco Antonio Piñon
 Edgar Alonso Fernandez Oloño
 Jesus Antonio Villalobos
 Adrian Eduardo Lui Chavira
 Irving Torres Quezada
Clasificación de las hidroeléctricas
 Centrales de agua fluente. Son centrales que
aprovechan el cauce natural del río. Son poco
frecuentes, pues requieren caudales importantes en
cualquier época del año.
 Centrales de agua embalsada. Almacenan agua en un
embalse valiéndose de presas, con objeto de regular el
caudal, variable dependiendo de la época del año.
Agua embalsada
 Centrales de regulación (de caudal). Son las centrales
convencionales.
 Centrales de bombeo. Para su instalación se necesita
de dos embalses. Son aquellas en función de la
demanda pueden volver a bombear el agua que ha
pasado por la turbina desde el embalse inferior hacia el
embalse superior.
Clasificación en base a la altura del
salto:
 Centrales de alta presión. Aquellas cuyo salto está por
encima de los 200 metros de altura (alcanzando incluso los
2.000 metros). En estas los caudales son relativamente
pequeños de unos 20 m3/s máximo por turbina. Suelen
estar ubicadas en zonas de alta montaña.
 Centrales de media presión. Comprende los saltos entre 20
y 200 metros de altura. Según que altura la central puede
estar bajo la presa o alejada de ella si con ello ser consigue
más altura. Los caudales en este caso alcanzan los 200 m3/s.
 Centrales de baja presión. Corresponden a saltos pequeños
de menos de 20 metros, con caudales en la turbina de unos
300 m3/s, aunque los hay de más del doble, llegando a 600
ó 800 m3/s.
Clasificación por tipo de presa
 Presa de arco o bóveda. Es adecuada para presa de
gran altura y no excesiva longitud. Es de hormigón
armado y sus extremos han de quedar bien
estribados.
Presa río Manavgav, Turquía
Presa de Santo Domingo, Venezuela
Presa de Beznar, España
Presa de gravedad. La estabilidad de esta presa se consigue por su propia
fuerza de gravedad. Es de hormigón sin armar, y su base resulta mayor que en
la de arco. Requiere terreno de buena calidad.
Presa de tierra o escollera. Su base resulta bastante mayor a las anteriores.
Dependiendo de la altura y el tipo de tierra. Se usa para poca altura y con una
calidad de terreno de cimentación mala. La mayor parte del volumen de tierra se
produce de la propia excavación.
Aprovecha la energía de un fluido que pasa a través de ella para
producir un movimiento de rotación que, transferido mediante
un eje, mueve directamente una máquina o bien un generador
que transforma la energía mecánica en eléctrica, así son el
órgano fundamental de una Central hidroeléctrica.
Clasificación
 De acuerdo al cambio de presión en el rodete o al
grado de reacción
 De acuerdo al diseño del rodete
RODETE
 Turbina Kaplan
 Turbina Hélice
 Turbina Pelton
 Turbina Francis
PELTON
De acuerdo al cambio de presión
en el rodete o al grado de reacción
 Turbinas de acción:
las que el sentido de la proyección del chorro de agua y el
sentido de giro del rodete coinciden, en el punto de
empuje o choque del agua sobre los álabes del mismo
la potencia transmitida a éste es función exclusivamente
de la energía potencial o, lo que es lo mismo, del salto
existente
PELTON
ESQUEMA DE TIPO ACCION
Turbinas de reacción
Se consideran como turbinas de reacción, aquellas en las
que cada una de las láminas de fluido que se forman,
después de pasar el agua a través de las palas fijas y
directrices, no se proyectan hacia los álabes del rodete
de manera frontal, sino que, mas bien, se trata de un
deslizamiento sobre los mismos, de tal modo que el
sentido de giro del rodete no coincide con la dirección
de entrada y salida del agua
FRANCIS Y KAPLAN(HELICE)
ESQUEMA TIPO REACCION
TURBINAS KAPLAN
 Las turbinas tipo Kaplan fueron
diseñado por el Dr. técnico
víctor Kaplan (1876-1934) en el
principio del siglo 20.
 Llamados turbinas de doble
regulacion
TURBINA HELICE
TURBINA TIPO KAPLAN
COMPONENTES PRINCIPALES DE
UNA TURBINA KAPLAN
1) Cubo del rodete
2) Distribuidor.
3) Sello
4) Cojinete
5) Tubos de lubricación
6) Chumacera de cargo
7) Bomba para lubricación de
la chumacera
8) Grúa
9) Alabes del distribuidor
10) Servomotor del
distribuidor (mecanismo de
orientación de los álabes)
11) Caracol metálico
12) Tubo de desfogue
DISTRIBUIDOR
DISTRIBUIDOR
Clasificacion segun la disposicion de los ejes de giro
de los alabes:
 1. Cilíndrico: El flujo en el distribuidor carece de
componente axial.
 2. Axial: El flujo en el distribuidor carece de
componente radial.
 3. Cónico: Los ejes de giro se encuentran en una
superficie cónica.
CARCASA O CARACOL
CAMARA DE ALIMENTACION
RODETE (ROTOR)
rodete
 Se asemeja a la hélice de un barco, al estar formado por
un numero determinado de palas, de 2 a 4 para saltos
de pequeña altura y de 5 e 9 cuando los saltos son
mayores, dentro del campo de aplicación de las
turbinas Kaplan.
 se construyen a base de
aleaciones especiales,
tendiéndose, en la actualidad,
al empleo del acero
inoxidable, pues si bien su
precio inicial puede ser
elevado, queda amortizado, a
lo largo del tiempo
 No olvidemos que, para la reparación de una máquina,
además del costo de materiales y equipos a utilizar,
horas / hombre, etc., han de tenerse en cuenta las
horas que habrá de estar parada, lo que repercute en el
rendimiento económico del conjunto de la instalación.
 Por tales consideraciones, para la mayoría de los
rodetes de cualquier tipo, hoy día se usa el acero
inoxidable, aleación formada por hierro, cromo, níquel
y carbono como principales componentes y, en menor
porcentaje, silicio molibdeno, cobre, tungsteno
(volframio) y otros.
TUBO DE DESFOGUE
SERVOMOTOR DEL DISTRIBUIDOR
NERVIO CENTRAL
Funcionamiento
Protección
 Posición incorrecta palas rodete.
 Bajo nivel aceite deposito actuador palas distribuidor.
 Bajo nivel aceite depósito actuador palas rodete.
 Falta conjugación actuación palas distribuidor y
rodete.
Turbina Kaplan
EFICIENCIA
 La eficiencia de las turbinas axiales y
mixtas también depende de la potencia
entregada y del tipo de turbina,
pudiendo controlarse con paletas de
guía ajustables
 LA EFICIENCIA DEPENDE DEL ANGULO DE ENTRADA
BETA Y EL ANGULO DE SALIDA ALFA
CARACTERÍSTICAS
 A diferencia de los otros tipos de turbinas se puede
ajustar ambos alabes (los del rotor y los alabes de guía)
para adaptar la turbina a diferentes niveles del caudal.
Los ejes son de orientación horizontal ó vertical. Se usa
este tipo de turbina en plantas de presión baja y
mediana
 Al ser un desarrollo de
las turbina hélice,
podemos decir que el
paso de flujo es
totalmente axial, es
decir, paralelo al eje de
giro del rodete. Son el
paso siguiente a las
Francis, es decir su
campo de aplicación va
desde ns=450 a un
ns=900, aunque
podemos forzarla y
llevarlas a trabajar
solapando parte del
campo de las Francis
hasta ns=300.
SELECCION
 Depende de la carga y de la velocidad especifica Ns
 La velocidad específica Ns es el número de revoluciones
que daría una turbina semejante a la que se trata de buscar
y que entrega una potencia de un caballo, al ser instalada
en un salto de altura unitaria. Esta velocidad específica, rige
el estudio comparativo de la velocidad de las turbinas, y es
la base para su clasificación. Se emplea en la elección de la
turbina más adecuada, para un caudal y altura conocidos,
en los anteproyectos de instalaciones hidráulicas,
consiguiendo una normalización en la construcción de
rodetes de turbinas. Los valores de esta velocidad específica
para los actuales tipos de turbinas que hoy en día se
construyen con mayor frecuencia (Pelton, Francis, Hélices y
Kaplan) figuran en el siguiente cuadro:
Velocidad específica Ns
Tipo de Turbina
De 5 a 30
Pelton con un inyector
De 30 a 50
Pelton con varios inyectores
De 50 a 100
Francis lenta
De 100 a 200
Francis normal
De 200 a 300
Francis rápida
De 300 a 500
Francis doble gemela rápida o express
Más de 500
Kaplan o hélice
Campo de aplicación de las
turbinas kaplan
Al igual que las turbinas Francis, las de tipo Kaplan, son turbinas
de admisión total, incluidas así mismo en la clasificación de
turbinas de reacción. Las características constructivas y de
funcionamiento, son muy similares entre ambos tipos.

Se emplean en saltos de pequeña altura (alrededor de 50 m. y
menores), 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.

Campo de aplicacion de las
turbinas kaplan
 Normalmente se instalan con el eje en posición vertical,
si bien se prestan para ser colocadas de forma horizontal
o inclinada
Campo de aplicacion de las
turbinas kaplan
 Un montaje característico de este tipo de turbinas,
conjuntamente con el alternador, constituye los
llamados grupos-bulbo, propios de las centrales
mareomotrices; o los grupos-pozo, utilizados para el
máximo aprovechamiento de las corrientes de agua
con muy poco salto. En ambas disposiciones, la cámara
y el tubo de aspiración constituyen un solo conducto,
pudiendo estar situado el eje del grupo en posición
horizontal o inclinado
Regulacion, alimentacion y
desfogue de las turbinas kaplan
Mecanismos de regulacion:
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 servomotores,
palancas, bielas; destinados a dicho fin

Respecto a los servomotores se
puede encontrar la siguiente
clasificacion


Servomotor en cabeza: el servomotor está
instalado en el extremo superior del eje, en la zona
del generador como se muestra en la figura (1)
Servomotor intermedio: en este caso está situado
en la zona de acoplamiento de los ejes de la turbina
y del generador, figura (2)

ALIMENTACION
 El más conocido es el distribuidor Fink, se utiliza en
todas las turbinas que es preciso regular el caudal, es el
distribuidor de corriente de todas las turbinas de
reacción (Francis, hélice, Kaplan y Dériaz).
DESFOGUE
 Es un conducto por el que desagua el agua, generalmente con
ensanchamiento progresivo, recto (figura e) o acodado (figura c), que
sale del rodete y la conduce hasta el canal de fuga, permitiendo
recuperar parte de la energía cinética a la salida del rodete para lo cual
debe ensancharse; si por razones de explotación el rodete está instalado
a una cierta altura por encima del canal de fuga, un simple difusor
cilíndrico (figura e) permite su recuperación, que de otra forma se
perdería. Si la turbina no posee tubo de aspiración, se la llama de
escape libre figura (d).Los tubos de aspiración acodados (figura c)
suelen ser de hormigón, con frecuencia blindados con chapa y de forma
cuidadosamente estudiada para óptimo rendimiento, pasando
gradualmente de la sección circular a una sección rectangular. El tubo
de aspiración forma parte de la turbina.
DIFERENCIAS
 Las turbinas Pelton, Francis y Kaplan se diferencian en
muchos aspectos.
 Uno de ellos es su simple apariencia. La turbina Pelton está
formada por una especie de cucharas que, sometidas al
impacto del agua, giran produciendo el giro continuo del
eje. Mientras que la forma de la turbina Francis recuerda un
molinillo de viento en forma de caracol. Por otro lado la
turbina Kaplan recuerda más a una hélice de un barco o un
submarino.
 Otra de las diferencias es según la forma en que el agua
impacta en sus álabes y hace que se muevan. Por lo tanto la
turbina Pelton y la Francis son turbinas nombradas de
acción, porque se mueven por el impacto del agua sobre sus
aspas, mientras que la turbina Francis es de reacción porque
sus aspas giran por la presión del agua que circula a su
alrededor.
 También las diferencia la cantidad de agua con la que
pueden trabajar: la Pelton se utiliza para poca cantidad de
agua, pero por contra la Kaplan necesita mucha agua, por
lo tanto la más adaptable es la Francis que se puede utilizar
para cantidad variable de agua y salto de agua.
 Otro de los aspectos que las diferencian son las
aplicaciones que se hacen de cada una. Mientras que la
Pelton en centrales hidráulicas de no mucha potencia, la
Francis al poderse aplicar a todo tipo de cantidad de agua y
salto de agua es la más utilizada en centrales
hidroeléctricas
 ( estas pueden ser reversibles ) y la turbina Kaplan con su
eje en posición horizontal se utiliza en las mareomotrices.
VENTAJAS
 El aumento de los costos de los combustibles fósiles ha
hecho volver la mirada hacia este tipo de sistemas de
poca caída. Con el desarrollo de turbinas de hélice
normalizadas con ejes casi horizontales, las
instalaciones pequeñas han recuperado su atractivo
original.
 Dimensiones reducidas.
 Velocidades relativamente altas.
 Rendimiento elevado con carga variable.
 Notable capacidad para sobrecargas.
 Las turbinas de acción aprovechan únicamente la
velocidad del flujo de agua, mientras que las de
reacción aprovechan además la pérdida de presión que
se produce en su interior.
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