operacion y caracteristicas de pelton francis y kaplan

7/28/2019 Operacion y Caracteristicas de Pelton Francis y Kaplan

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TURBOMAQUINAS HIDRULICAS

UNIDAD: TURBINAS HIDRULICAS TEMAS:

OPERACIN CARACTERSTICAS DE LAS TURBINAS PELTON, FRANCIS Y KAPLAN

Integrantes:Lpez Cuevas Jos Alberto

Ruiz Cabrera RazielCortes Martnez Agustn

Catedrtico:Dr. Fernando Rueda Martnez


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GENERALIDADES: Una turbina es una mquina motriz que consiste de una partegiratoria llamada rodete, que se impulsa por un fluido enmovimiento. Dependiendo de la naturaleza de este fluido, las

turbinas se pueden dividir en: hidrulicas, a vapor y a gas. Lafuncin de una planta hidroelctrica es utilizar la energapotencial del agua almacenada en un lago, a una elevacin msalta y convertirla, primero en energa mecnica y luego enelctrica. Este proceso toma en consideracin varios factoresentre los cuales uno de los ms importantes es la cada de agua(head). Este factor es decisivo al momento de escoger el tipo de

turbina hidrulica que se instala en la planta.Una cada alta (entre 800 a 2000 pies) requiere una turbina paraalta presin, de impulso o tipo Pelton . Si la cada es intermedia(entre 200 y 800 pies), entonces se escoge una turbina dereaccin tipo Francis . Para cadas bajas (menores de 200 pies)se utiliza un tipo de turbina de reaccin tipo Kaplan .

OPERACIN/ FUNCIONAMIENTO


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Una turbina hidrulica es accionada por el agua enmovimiento, una vez que sta es debidamenteencauzada hacia el elemento de turbinadenominado distribuidor, el cual, circularmente,

distribuye, regula y dirige un caudal de agua quetiende a incidir, con mayor o menor amplitud, haciael centro del crculo descrito, sobre un rotor o ruedamvil conocida con el nombre de rodete (rotor).


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conjuntamente con el eje en el que est montado,ha de estar perfectamente equilibrado dinmica yestticamente.
http://www.ecured.cu/index.php/Archivo:Amancio_componenteesencial3.JPG


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El rendimiento de las instalaciones con turbinashidrulicas, siempre es elevado, pudiendo llegar desahogadamente al 90 % o ms, despus detener en cuenta todas las prdidas hidrulicas por choque, de caudal, de friccin en el generador,mecnicas, etc.


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Los problemas de regulacin de velocidad sonimportantes, principalmente a causa de las grandesmasas de agua que entran en juego, con susaceleraciones positivas y negativas, que setransforman en ondas de presin. La continuidadde las columnas de agua transmite a las ondas,producindose fuertes choques o golpe de arieteque es necesario evitar o por lo menos controlar.


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Entre los equipos ms complejos y costosos que seutilizan en la generacin de energa se encuentranlas turbo mquinas, particularmente las turbinas.Su operacin debe vigilarse de manera continuatanto para detectar fallas potenciales o incipientescomo para programar su mantenimiento, a fin deaumentar su confiabilidad, disponibilidad y vida til.Tambin resulta crucial que las tareas de

mantenimiento de este tipo de equipos se efectencon rapidez para reanudar lo antes posibles lageneracin de energa.


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El sistema elctrico de un pas que cuenta convarias plantas de generacin de energa dediferentes tipos y capacidades. Cada una de ellasincluye una gran cantidad de equipos rotatorios,que enfrentan diversos problemas que hacennecesario mejorar las prcticas de operacin ymantenimiento.


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Problemas: Dentro de loque se puede mencionar es lareduccin de los recursosnecesarios para elmantenimiento de las plantasexistentes y para la construccinde nuevas, la vida til de diseode los equipos principales,deterioro de las turbinas debidoal fenmeno de cavitacin y lademanda de energa.


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T URBINAS PELTON

Son tambin conocidas como turbinas de presinpor ser esta constante la zona del rotor, de chorrolibre, de impulsin, por ser atacada por el agua solouna parte periferia del rodete.

Estn comprendidas en la clasificacin de turbinastangenciales y turbinas de accin.


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GENERALIDADES

Es utilizada en saltos de gran altura (alrededor de200 m y mayores), y caudales relativamentepequeos (hasta 10 3 /s aproximadamente).

Son de buen rendimiento para amplios mrgenesde variacin del caudal (entre 30 % y 100 % delcaudal mximo).

Pueden ser instaladas con el eje en posicinvertical u horizontal, siendo esta ltima disposicinla ms adecuada.


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COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA TURBINA PELTON

Las componentes principales de una turbina peltonson:

El distribuidor El rotor La carcasaLa cmara de descarga

El sistema de frenadoEl eje de la turbina


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DISTRIBUIDOR DE UNA TURBINA PELTON


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Cmara de distribucin

Es la prolongacin de la tubera forzada, acoplada a stapor una brida de unin.Entre la tubera forzada y lacmara de distribucin se localiza la vlvula de entrada aturbina.

Tiene como misin fundamental conducir el agua hasta elinyector.


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Inyector

Tobera: constituye una boquilla, con orificio de seccin circular de un dimetroentre 5 y 30 cm, instalada al final de la cmara de distribucin

Aguja: Constituye un vstago situado concntricamente en el interior del

cuerpo de la tobera con movimiento de desplazamiento longitudinal en dossentidos.

Deflector: Es un dispositivo mecnico que, a modo de pala o pantalla, quepuede ser intercalado con mayor o menor incidencia en la trayectoria delchorro de agua, entre la tobera y el rotor a fin de desviar, total o parcialmente elagua, impidiendo el embalamiento del rotor


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Equipo de regulacin de velocidad

Est constituido por un conjunto de dispositivoselectro-mecnicos, a base de servomecanismos,

palancas y bielas. Su funcin, como veremos en elmomento oportuno, es la de mantener constante lavelocidad del grupo, a fin de que la frecuencia de lacorriente generada tenga, en todas las circunstancias

de carga, 50 perodos por segundo (p.p.s.).


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ROTOR DE UNA TURBINA PELTON

Es el elemento esencial en el cual se convierte laenerga hidrulica del agua en energa mecnica,por el movimiento de rotacin causado por losinyectores.


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Rueda motrizEst unida rgidamente al eje, montada en el mismo por mediode chavetas y anclajes adecuados. Su periferia est

mecanizada apropiadamente para ser soporte de losdenominados cangilones .

Cangilones (alabes, cucharas, paletas).Estn diseados para recibir el empuje directo del chorro deagua. Su forma es similar a la de una doble cuchara, con unaarista interior lo ms afilada posible y situada centralmente endireccin perpendicular hacia el eje, de modo que divide alcangiln en dos partes simtricas de gran concavidad cada una,siendo sobre dicha arista donde incide el chorro de agua


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C ARCASA DE UNA TURBINA PELTON

Su misin consiste en evitar que el agua salpique alexterior cuando, despus de incidir sobre los cangilones,abandona a stos.

Dispone de un equipo de sellado, en las zonas de salidadel eje, a fin de eliminar fugas de agua. Puede estar formado por un laberinto metlico dotado de drenajes.


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C MARA DE DESCARGA DE UNA TURBINA PELTON

Se entiende como tal la zona por donde cae el agualibremente hacia el desage, despus de haber movido al rodete. Tambin se conoce como tuberade descarga .

Para evitar deterioros debidos a la accin de loschorros de agua, especialmente de los originados por la intervencin del deflector, se suele disponer, en elfondo de la cmara de descarga, de un colchn deagua de 2 a 3 m de espesor.


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SISTEMA HIDRAULICO DE FRENADO

Consiste en un circuito de agua derivado de lacmara de distribucin. El agua, proyectada a granvelocidad sobre la zona convexa de los cangilones,favorece el rpido frenado del rodete, cuando lascircunstancias lo exigen.

EJE DE LA TURBINA

Rgidamente unido al rodete, y situadoadecuadamente sobre cojinetes debidamentelubricados, transmite el movimiento de rotacin al ejedel alternador


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Componentes de una turbina pelton de ejehorizontal, con dos equipos de inyeccin.


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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA TURBINA PELTON

Se dispone de la mxima energa cintica en elmomento en que el agua incide tangencialmente sobreel rodete, empujando a los cangilones que lo forman,

obtenindose el trabajo mecnico deseado.

Las formas cncavas de los cangilones hacen cambiar la direccin del chorro de agua, saliendo ste, ya sin

energa apreciable, por los bordes laterales, sin ningunaincidencia posterior sobre los cangilones sucesivos. Deeste modo, el chorro de agua transmite su energacintica al rodete, donde queda transformadainstantneamente en energa mecnica.


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La vlvula de aguja, gobernada por el regulador de velocidad,cierra ms o menos el orificio de salida de la tobera,consiguiendo modificar el caudal de agua que fluye por sta,

al objeto de mantener constante la velocidad del rodete,evitndose embalamiento o reduccin del nmero derevoluciones del mismo, por disminucin o aumentorespectivamente de la carga solicitada al generador.


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CONFIGURACIN DE LAS TURBINAS PELTON

Turbina pelton deeje horizontal

Turbina horizontal

de eje vertical


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T URBINAS FRANCIS

Son conocidas como turbinas de sobrepresin por ser variable la presin en las zonas del rodete, o deadmisin total ya que ste se encuentra sometido ala influencia directa del agua en toda su periferia.Tambin se conocen como turbinas radiales-axiales y turbinas de reaccin.

El campo de aplicacin es muy extenso, dado elavance tecnolgico conseguido en la construccinde este tipo de turbinas. Pueden emplearse ensaltos de distintas alturas de entre 5 y 200 m.


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Consideraremos la siguiente clasificacin, enfuncin de la velocidad especfica del rodete,cuyo nmero de revoluciones por minuto dependede las caractersticas del salto.

Turbina francis lenta Para saltos de gran altura (alrededor de200 m o ms).

Turbina francisnormal

Indicada en saltos de altura media (entre 200y 20 m)

Turbinas francisrpidas yextrarrpidas

Apropiadas a saltos de pequea altura(inferiores a 20 m).


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COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA TURBINA FRANCIS


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C MARA ESPIRAL DE UNA TURBINA FRANCIS

Est constituida por la unin sucesiva de una serie de virolas tronco-cnicas, cuyos ejes respectivos forman una espiral. Desde elacoplamiento con la tubera forzada, donde el dimetro interior de lavirola correspondiente alcanza su valor mximo, la seccin interior,circular en la mayora de los casos, va decreciendo paulatinamentehasta la virola que realiza el cierre de la cmara sobre s misma, cuyodimetro interior se reduce considerablemente. Esta disposicin seconoce como el caracol de la turbina, en el que, debido a su diseo, seconsigue que el agua circule con velocidad aparentemente constante ysin formar torbellinos, evitndose prdidas de carga.


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DISTRIBUIDOR DE UNA TURBINA FRANCIS

El distribuidor propiamente dicho, est formado por undeterminado nmero de palas mviles , cuyo conjuntoconstituye un anillo que est situado concntricamente yentre las mismas cotas en altura que el antedistribuidor,descrito al exponer la cmara espiral, siendo, en definitiva,camino continuado del agua en su recorrido hacia elcentro de la turbina

Su funcin es la de distribuir, y regular o cortar totalmente,el caudal de agua que fluye hacia el rodete.

Los elementos principales son:


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Palas directrices

Son las palas mviles a las que anteriormente se hacareferencia. Tambin se las suele llamar labesdirectrices o directores .

Los ejes de las patas, a modo de generatrices del anilloque compone el distribuidor, estn asentados por su parteinferior en cojinetes situados en una corona circular denominada escudo inferior , y guiados en su partesuperior por cojinetes dispuestos en la llamada tapa deturbina , o en otra corona circular, escudo superior .Dichos cojinetes, conocidos como cojinetes bocines ,disponen de un adecuado sistema de engrase. Este no esnecesario cuando los cojinetes son de tefln.


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ROTOR DE UNA TURBINA FRANCIS Est unido rgidamente a la parte inferior del eje de la turbina,en situacin perfectamente concntrica con el distribuidor,ocupando el espacio circular que ste delimita.

Consta de un ncleo central, alrededor del cual se encuentradispuesto un nmero determinado de palas de superficiealabeada, aproximadamente entre 12 y 21, equidistantementerepartidas y solidarias al mismo, formando pieza nica enbloque por fundicin o soldadura, es decir, sin uniones nifijaciones accesorias.


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Difusor

Tambin denominado punta de rueda , y conodeflector o de dispersin . Consta de un cuerpometlico, de forma tronco-cnica, colocado enposicin invertida, con la base mayor hacia la parteinferior del eje, a modo de prolongacin de ste.

Su funcin consiste en dirigir las masas de agua quesalen a travs de los labes del rodete, evitandochoques de las mismas entre s y contra los propioslabes, lo que podra originar torbellinos y otrosefectos hidrulicos perjudiciales, que repercutirandesfavorablemente en el rendimiento de la mquina yen su conservacin.


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TUBO DE ASPIRACIN DE UNA TURBINA FRANCIS


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EJE DE LA TURBINA FRANCIS

El eje de un grupo tiene ciertas peculiaridades cuando seencuentra instalado en posicin vertical. Por medio del eje deturbina, al estar rgidamente unido mediante acoplamiento aleje del alternador, se transmite al rotor de ste el movimientode rotacin necesario. Ahora bien, en este tipo de turbinas,

es en la zona de eje correspondiente al alternador donde sesuele disponer el medio para soportar todo el peso delconjunto, formado por ejes, rotor, rodete y empuje del aguasobre los labes de este ltimo. Tal medio, es eldenominado cojinete de empuje.

Adems del cojinete de empuje, el eje completo del grupo,dispone de hasta tres cojinetes guas . Dos de ellos estnsituados en la zona del alternador, y un tercero en la zona deturbina, al cual nos referiremos en breve.


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Aireacin de rodetes Francis.

La conduccin formada en los ejes huecos, permite lacirculacin de una corriente de aire hacia el interior del rodete yel tubo de aspiracin, al objeto de evitar efectos de vaco, queseran perjudiciales para stos y otros elementos de la turbina.La salida del aire se efecta a travs de orificios practicados enel difusor.

Para evitar un posible paso de agua a la zona de ubicacin delalternador, a travs del eje, se instala, en el extremo superior deste o en el propio difusor, una vlvula, denominada vlvula deaireacin . Dicha vlvula, en funcin de la carga solicitada a lamquina, controla automticamente el paso de aire hasta laparte inferior del rodete, cuando se produce un fuerte efecto desuccin, debido a la velocidad adquirida por el agua en el tubode aspiracin, en su camino hacia el canal de desage.


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COJINETES GUA DE LA TURBINA FRANCIS

Est situado lo ms cerca posible del rodete, sobre la tapasuperior de turbina, inmediatamente por encima del cierreestanco o sellado del eje.

Consta de un anillo dividido radialmente en dos mitades obien de una serie de segmentos, que asientan conperfecto ajuste sobre el eje.


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COJINETES DE EMPUJE DE LA TURBINA FRANCIS

Este elemento, conocido tambin como soporte desuspensin , pivote , rangua o quicio , caracterstico ynecesario en todos tos grupos de eje vertical, hemos deconsiderado como un componente propio de dichosgrupos en s y no de las turbinas hidrulicas queresponden a tales condiciones de instalacin.


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COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA TURBINA FRANCIS


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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

La energa potencial gravitatoria del agua embalsada,se convierte en energa cintica en su recorrido hacia eldistribuidor, donde, a la salida de ste, se dispone deenerga en forma cintica y de presin, siendo, lavelocidad de entrada del agua en el rodete, inferior a laque correspondera por altura de salto, debido a loscambios bruscos de direccin en su recorrido.


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Centrndonos en la zona del distribuidor, podemos aadir que el agua, a su paso por las palas fijas de la cmaraespiral y las palas directrices del distribuidor, disminuyesu presin, adquiriendo velocidad y, en tales condiciones,provoca el giro del rodete, al discurrir a travs de loslabes de ste, sobre los cuales acta el resto de lapresin existente en las masas de agua dotadas, a suvez, de energa cintica.

El tubo de aspiracin produce una depresin en la salidadel rodete o, dicho en otros trminos, una succin.


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Las turbinas tipo Kaplan son turbinas de admisintotal y clasificadas como turbinas de reaccin

Se emplean en saltos de pequea altura (alrededor

de 50 m y menores alturas), con caudales medios ygrandes (aproximadamente de 15 m3/s en adelante)

Debido a su singular diseo, permiten desarrollar elevadas velocidades especficas, obtenindose

buenos rendimientos, incluso dentro de extensoslmites de variacin de caudal

Generalidades


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A igualdad depotencia, las turbinasKaplan son menosvoluminosas que lasturbinas Francis

Normalmente seinstalan con el eje enposicin vertical, sibien se prestan paraser colocadas de

forma horizontal oinclinada


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Componentes De Una TurbinaKaplan

Son partes constitutivas de una turbina kaplan:Cmara espiralDistribuidor

Rotor Tubo de aspiracin.EjeEquipo de selladoCojinete guaCojinete de empuje


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El nicocomponentede lasturbinaskaplan, que

podraconsiderarsecomodistinto al delas turbinasFrancis, es

el rotor


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Rotor De Una Turbina Kaplan

Se asemeja a lahlice de barco, estaformado por unnumero determinadode labes , de

2 a 4 para saltos depequea altura y de5 a 9 cuando lossaltos son mayores,por supuesto dentrodel campo deaplicacin de lasturbinas Kaplan


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En las turbinas Kaplan, todas ycada una de los labes del rotor estn dotadas de libertad demovimiento, pudiendo orientarsedentro de ciertos lmites sobresus asientos respectivos

situados en el ncleo, llamadotambin cubo del rotor ,adoptando posiciones de mayor o menor inclinacin respecto aleje de la turbina segn rdenesrecibidas del regulador develocidad


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Las turbinas Kaplan, son tambin conocidas comoturbinas de doble regulacin , por intervenir en el procesode regulacin tanto los labes del distribuidor, como sobreLos labes del rotor dependiendo de las condiciones decarga y del salto existente

Con este procedimiento se consiguen elevadosrendimientos, incluso para cargas bajas y variables, ascomo en el caso de fluctuaciones importantes del caudal

Los labes directrices del distribuidor, se gobiernan deforma anloga a como se realiza en las turbinas Francis


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Para lograr el control adecuado de de los labes delrotor, tanto el ncleo del rotor, como el eje de turbina,permiten alojar en su interior los distintos dispositivosmecnicos, tales como servomotores, palancas,bielas, destinados a dicho fin

Se distinguen tres sistemas de gobierno de los labes del rotor, dependiendo de la ubicacin delservomotor de accionamiento en las distintas zonasdel eje del grupo turbina-generador


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As se tiene:o Servom otor en cabeza: el servomotor estinstalado en el extremo superior del eje, en lazona del generador o Servom otor intermedio: en este caso estsituado en la zona de acoplamiento de los ejes dela turbina y del generador o Servo m oto r en ncleo: est alojado en el propioncleo del rotor


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Servomotor en cabeza Servomotor en ncleo


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Actualmente el empleo de servomotor en el ncleoes el mas utilizado, con el se reducen lasdimensiones y el nmero de elementos mecnicosque en los otros sistemas realizan la interconexin

entre el servomotor y los ejes de los labes del rotor En los sistemas de servomotor intermedio y en

ncleo, los conductos de aceite entre regulador develocidad y el servomotor se realizan medianteconductos concntricos dispuestos en el interior deleje del grupo turbina-generador


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En algunas turbinas kaplan los labes del rotor sepueden orientar con mecanismos accionados por motores elctricos y reductores de velocidadubicados en el interior del eje

En los rotores kaplan, el interior del ncleo est llenode aceite a fin de producir la estanqueidad paraevitar el paso de agua a travs de los ejes de loslabes


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un montaje caracterstico de este tipo de turbinas, conjuntamente con el alternadorconstituye los llamados grupos-bulobo, propios de las centrales mareomotrices; o los

grupos-pozo

estos se utilizan para aprovechar al mximo de las corrientes de agua con muy poco salto.

en ambas disposiciones, la cmara y el tubo de aspiracin constituye un soloconducto pudiendo estar situado el eje del grupo en posicin

Caractersticas


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Una de las caractersticas

fundamentales de lasturbinas Kaplanconstituye el hecho queLos labes del rotor estnsituadas a una cota msbaja que la cota deldistribuidor, de modo queel flujo del agua incidesobre los labes en suparte posterior endireccin paralela al ejede la turbina


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http://www.entradas.zonaingenieria.com/2009/05/turbinas-kaplan.htmlhttp://usuarios.multimania.es/jrcuenca/Spanish/Turbinas/T-5.htmhttp://usuarios.multimania.es/jrcuenca/Spanish/Turbinas/T-5.1.htmhttp://usuarios.multimania.es/jrcuenca/Spanish/Turbinas/turbinas_hidraulicas.htmhttp://www.saltosdelpirineo.com/catalogos/cat_thee.pdf

Mecanica de fluidos y turbo maquinas hidraulicasDe claudio mataix
http://www.saltosdelpirineo.com/catalogos/cat_thee.pdfhttp://www.saltosdelpirineo.com/catalogos/cat_thee.pdfhttp://www.saltosdelpirineo.com/catalogos/cat_thee.pdf

operacion y caracteristicas de pelton francis y kaplan

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