Evap2

TURBINAS HIDRÁULICAS.

Una máquina hidráulica es un dispositivo capaz de convertir energía hidráulica en energía mecánica; pueden ser motrices (turbinas), o generatrices (bombas), modificando la energía total de la vena fluida que las atraviesa. En el estudio de las turbomáquinas hidráulicas no se tienen en cuenta efectos de tipo térmico, aunque a veces habrá necesidad de recurrir a determinados conceptos termodinámicos; todos los fenómenos que se estudian serán en régimen permanente, caracterizados por una velocidad de rotación de la máquina y un caudal, constantes. En una máquina hidráulica, el agua intercambia energía con un dispositivo mecánico de revolución que gira alrededor de su eje de simetría; éste mecanismo lleva una o varias ruedas, (rodetes o rotores), provistas de álabes, de forma que entre ellos existen unos espacios libres o canales, por los que circula el agua. Los métodos utilizados para su estudio son, el analítico, el experimental y el análisis dimensional.

• El método analítico: Se fundamenta en el estudio del movimiento del fluido a través de los álabes, según los principios de la Mecánica de Fluidos. 
• El método experimental: Se fundamenta en la formulación empírica de la Hidráulica, y la experimentación. 
• El análisis dimensional: Ofrece grupos de relaciones entre las variables que intervienen en el proceso, confirmando los coeficientes de funcionamiento de las turbomáquinas, al igual que los diversos números adimensionales que proporcionan información sobre la influencia de las propiedades del fluido en movimiento a través de los órganos que las componen.

Las turbinas se pueden clasificar de varias maneras estas son:

1.- Según la dirección en que entrega el agua.

•   Turbinas Axiales: El agua entra en el rodete en la dirección del eje.
• Turbinas Radiales: El agua entra en sentido radial, no obstante el agua puede salir en cualquier dirección.

2.- De acuerdo al modo de obrar del agua.

•    Turbinas de chorro o de acción simple o directa.
•     Turbinas de sobre-presión o de reacción.

3.- Según la dirección del eje.

•  Horizontales.
• Verticales.

Hay otras clasificaciones, según las condiciones de construcción, no obstante la clasificación más importante es la que las separa de acuerdo al modo de obrar del agua, estas son de reacción o de chorro.

Hay muchas turbinas que entran en estas clasificaciones la más importante son las turbinas Pelton, Francis y Kaplan.

Turbinas de Chorro.

Estas fueron las primeras turbinas que se utilizaron, sin embargo el desarrollo y el empleo de estas turbinas no empieza hasta la mitad del siglo XIX, primero se empleó la denominada rueda tangencial introducida por el ingeniero suizo Zuppinger en 1846, que bajo las formas modificadas de hoy se conoce como rueda Pelton, es importante anotar que son muy eficientes.

La turbina Pelton es uno de los tipos más eficientes de turbina hidráulica. Es una turbomáquina motora, de flujo radial, admisión parcial y de acción. Consiste en una rueda (rodete o rotor) dotada de cucharas en su periferia, las cuales están especialmente realizadas para convertir la energía de un chorro de agua que incide sobre las cucharas.

Las turbinas Pelton están diseñadas para explotar grandes saltos hidráulicos de bajo caudal. Las centrales hidroeléctricas dotadas de este tipo de turbina cuentan, en su mayoría, con una larga tubería llamada galería de presión para trasportar al fluido desde grandes alturas, a veces de hasta más de 1500 metros. Al final de la galería de presión se suministra el agua a la turbina por medio de una o varias válvulas de aguja, también llamadas inyectores, los cuales tienen forma de tobera para aumentar la velocidad del flujo que incide sobre las cucharas.

Turbinas de Reacción.

Las turbinas de reacción son de admisión total, es decir, el fluido entra al rodete por toda la periferia, a diferencia de lo que ocurría con las turbinas Pelton. Están constituidas por la tubería forzada, la cámara espiral, el distribuidor, el rodete y el tubo de aspiración o descarga.

Las turbinas de reacción son de dos tipos: Francis y Kaplan. En ellas ocurre un proceso similar, excepto que la presión es más baja, la entrada a la turbina ocurre simultáneamente por múltiples compuertas de admisión dispuestas alrededor de la rueda de álabes y el trabajo se ejerce sobre todos los álabes simultáneamente para hacer girar a la turbina y el generador.

Turbinas de Francis y Propeller.

Estas turbinas se caracterizan por lo siguiente:

• Están formadas por una espiral que va a alimentar al rodete.
• Se utilizan para caídas medianas.
• Tienen un distribuidor que orienta el agua hacia el rodete.
• Asemejan una bomba centrifuga.
• El agua no está a la presión atmosférica.
• Descargan a contra presión.
• Generalmente están provistas de una válvula mariposa como medida de prevención.

Turbina de Kaplan.

Son uno de los tipos más eficientes de turbinas de agua de reacción de flujo axial, con un rodete que funciona de manera semejante a la hélice del motor de un barco. Se emplean en saltos de pequeña altura y grandes caudales. Las amplias palas o álabes de la turbina son impulsadas por agua a alta presión liberada por una compuerta.

Los álabes del rodete en las turbinas Kaplan son siempre regulables y tienen la forma de una hélice, mientras que los álabes de los distribuidores pueden ser fijos o regulables. Si ambos son regulables, se dice que la turbina es una turbina Kaplan verdadera; si solo son regulables los álabes del rodete, se dice que la turbina es una turbina Semi-Kaplan. Las turbinas Kaplan son de admisión axial, mientras que las semi-Kaplan pueden ser de admisión radial o axial.

Para su regulación, los álabes del rodete giran alrededor de su eje, accionados por unas manijas, que son solidarias a unas bielas articuladas a una cruceta, que se desplaza hacia arriba o hacia abajo por el interior del eje hueco de la turbina. Este desplazamiento es accionado por un servomotor hidráulico, con la turbina en movimiento.

Las turbinas de hélice se caracterizan porque tanto los álabes del rodete como los del distribuidor son fijos, por lo que solo se utilizan cuando el caudal y el salto son prácticamente constantes.

ALGORITMO.

Es el conjunto de instrucciones que especifican la secuencia de operaciones a realizar en orden, para resolver un sistema específico o clase de problemas.

Partes de un Algoritmo:

El algoritmo, es un Sistema la cual consiste en un conjunto de partes interconectadas entre sí que forman un todo. El algoritmo sigue el principio básico de un Sistema, está compuesta por tres elementos o componentes básicos que son:

• Entrada: Es la introducción de datos para ser transformados.
• Proceso: Es el conjunto de operaciones a realizar para dar solución al problema.
• Salida: Son los resultados obtenidos a través del proceso.

Ejemplo (Funcionamiento de la Turbina Pelton)

1)Inicio.

2)Proceso.

• CAZOLETAS: recibe el chorro exactamente en su arista media donde se divide en dos, circulando por su cavidad y recorriendo hasta la salida casi un ángulo de 180º, contrarrestándose así los empujes axiales por cambio de dirección de los dos chorros.
• INYECTOR: es el órgano regulador del caudal del chorro; consta de una válvula de aguja cuya carrera determina el grado de apertura del mismo; para poder asegurar el cierre, el diámetro máximo de la aguja tiene que ser superior al de salida del chorro.
• REGULACIÓN: Para mantener constante la velocidad de la turbina, el caudal inyectado tiene que adaptarse en cada instante al valor de la carga, por lo que la posición del inyector tiene que ajustarse mediante un regulador que actúa según la velocidad de la turbina y en el caso más general, en forma automática.

3)Salida.

DIAGRAMA DE FLUJO.

Es empleado para representar la solución de un algoritmo empleando figuras geométricas, donde cada una de ellas representa en particular una tarea específica que realizar.

Las más comunes son: 

Diagrama de Flujo :              Motor de un avión (turbina de reacción)