INVESTIGACIONES
TURBINAS PELTON, FRANCIS, KAPLAN
INTRODUCCION
En Colombia el sistema eléctrico se ha estructurado
en gran parte a partir de la generación hidráulica, debido al gran potencial
hidráulico que posee nuestro territorio y por lo accidentado del sistema
geográfico.
De acuerdo al inventario hidráulico adelantado por
el sector eléctrico se ha verificado para la generación eléctrica un total
teórico del orden de 240 millones de Kw, de los cuales 150 millones de Kw
serian factibles de ser utilizados por centrales menores de 100 Mw y 93.1
millones podrían ser utilizados por centrales de capacidad superior a los 100
Mw.
Desde el 6 de agosto de 1900, fecha en la cual se
inicio en Bogotá la prestación del servicio de energía eléctrica, con la
central de Chaquito sobre el río Bogotá con una capacidad de generación de 350
Kw han transcurrido 98 años. Durante este periodo se ha logrado instalar una
capacidad total de 2.400 Mw, de los cuales un 75.87 % corresponden a la
generación hidráulica a través de 35 centrales de pequeña, mediana y gran
capacidad que utilizan turbinas de los tipos Francis y Pelton.
No obstante los esfuerzos adelantados por el sector
eléctrico en la prestación del servicio eléctrico solo se ha logrado un
cubrimiento del 83 % de la población colombiana agrupada alrededor de los
centros de producción, faltando un 17 % de la población y que en su mayor parte
están ubicados en zonas rurales, en donde por los altos costos de transmisión
de energía, la única alternativa viable es la generación eléctrica mediante
pequeñas centrales hidroeléctricas.
Este crecimiento del sector eléctrico mas la futura
demanda de energía en base hídrica le plantea tanto a la industria nacional
como a las universidades la necesidad de formar recursos humanos en el área de
las turbinas hidráulicas específicamente en lo relacionado con el diseño,
construcción y mantenimiento de turbinas hidráulicas.
Debido a todo lo anterior, mediante este trabajo se
pretende crear un acercamiento un tanto didáctico entre estudiantes y los
diferentes tipos de turbinas hidráulicas. Este acercamiento se generará a
través de figuras ilustrativas, modelos de cálculos, y explicación del
funcionamiento de cada una de las turbinas más significativas.
MARCO TEORICO
TURBINAS, ORIGEN Y EVOLUCION
La palabra turbina, viene del latín turbo- inem, que
significa rotación o giro de cualquier cosa.
Las primeras maquinas usadas como ya se ha dicho
fueron las ruedas hidráulicas tangenciales. Estas aparecen en Alejandría y
Egipto en los principios de la era cristiana. Los Romanos convirtieron la rueda
hidráulica en una fuente de fuerza mecánica en usos como el de los molinos. La
historia recoge el nombre de Vitruvius como el ingeniero que llevo a cabo tal
modificación.
La. Hoja1 bis r-b del famoso documento Códice
Atlántico. La idea de este dibujo es atribuida a Leonardo Da Vinci. La
instalación es desde luego un dispositivo basado en un tornillo de Arquímedes,
pero el motor que lo mueve parece ser ya una rueda tangencial, es decir, una
prepulsora de la rueda Pelton. En la figura numero 2, se muestra una
reproducción de una instalación hidráulica del siglo XVI. Cualquiera que sea el
origen de este gravado y muy por encima de los errores hidráulicos que se
observan en la figura, se pueden notar dos tipos de rueda que ha simple vista
nos dan una idea de una rueda tangencial la de la derecha y la otra también
tangencial podría decirse que es el rodete de una turbina de acción sin el
anillo inferior:
A pesar de los dos siglos transcurridos los
conocimientos de hidráulicos no habían adelantado en las ideas de las turbinas.
Nótese en la figura que el agua llegaba a la rueda por un canal abierto, sin
embargo ya se pensaba en un dispositivo de regulación.
En el siglo pasado aparecieron algunas turbinas,
según la siguiente cronología
1750 J.A. Vond Segnerd desarrolla la primera turbina
hidráulica sobre la base del molinete hidráulico.
1754 Leonard Euler introduce mejoras al molinete
hidráulico estableciendo la ecuación básica de las turbo maquinas.
1824 Claude Burdine introdujo algunas propuestas por
Euler y dio el nombre de Turbinas.
1827 Benoit Fourneyron inventa la primera maquina
hidráulica utilizable que transformo posteriormente en turbina de reacción.
Regulación del nivel de agua por medio de diversas coronas.
1840 La firma Escher Wyss construye las turbinas
tangenciales centrípetas realizadas por Zuppinger, con inyección parcial de
agua, el chorro es de sección rectangular y la forma de las cucharas son
similares a las actuales Pelton.
1841 Henschel Jonval desarrollo la primera turbina
axial de reacción con tubo de aspiración: Regulación del nivel de agua por
medio de varias coronas: Caudal, lo mas constante posible, salto variable.
1842 Rueda tangencial de Zuppinger, para grandes
saltos y caudales reducidos.
1843 Fontaine construyo la turbina Jonval para
saltos constantes y caudales variables, trabajando a libre desviación.
Regulación simultanea de todas las células.
1848 Schwankrung desarrollo la primera turbina
parcial para grandes saltos y caudales reducidos.
1849 James Bichano Francis Introduce mejoras a la
turbina hecha por Samuel Dowd en 1843, fueron tales perfeccionamientos que
mereció su nombre. 1851 Girard perfecciono la turbina Fontaine, regulando las
celdas
consecutivamente, asegurando su
ventilación y construyendo la turbina parcial manteniendo el salto más constante
posible.
1860 Haenel, Knop y Lehmann construyeron la turbina
Girard en forma de turbina limite para caudales y saltos variables.
1872 Fink introduce paletas directrices giratorias;
primera regulación correcta de las turbinas de reacción (regulación de la
presión en el intersticio).
1873 Voith construye la primera turbina Francis con
sistema directriz de Fink.
1880 Lester Allen Pelton desarrollo varios tipos de
cucharas y adiciono la boquilla.
1903 Mitchell desarrolla la turbina activa Mitchell
y posteriormente Banki en 1917 y 1918 la modernizo.
1908 Se desarrollo en el diseño de la rueda de
hélice.
1912 Viktor Kaplan efectúa los primeros experimentos
con la turbina Kaplan.
1919 Leroy F. Harza propone el diseño de la turbina
Straight- Flow (Straflo) y obtiene la patente en 1924.
Aparecen artículos sobre la posibilidad de la turbo
bomba Francis como maquina reversible.
1925 Se pone en marcha la
primera turbina Kaplan de grandes dimensiones.
1930 Kuhne patenta el diseño de la turbina tubular.
1933 Hafele patenta la llamada transmisión para la
turbina Bevel.
1933 Escher Wyss patenta a través de Hugenin la
turbina Bulbo.
1936 Escher Wyss instala la primera turbina Bulbo.
1937 Voith instala las primeras bombas-turbinas
Francis.
1952 Deriaz propone el diseño de la turbina
diagonal.
1957 English Electric instala la primera turbina
Deriaz.
ASPECTO CONCEPTUAL
1. Clasificación de las turbinas:
Las turbinas se clasifican de acuerdo a: 1. La
acción del agua:Impulso (sin presión) a) Reacción ( con presión)
23/02/2000
