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INTRODUCCIN

La importancia de las turbinas Hlice y Kaplan en pequeos saltos con grandes caudales, las hacen idneas tanto en posicin horizontal como vertical; por su similitud con las turbinas Bulbo, empleadas tanto en centrales mareomotrices como en algunas mini centrales hidrulicas, presentamos este somero estudio que permite comprender su funcionamiento y campos de aplicacin.La tendencia a la construccin de turbinas cada vez ms rpidas, para velocidades especficas mayores de 450, conduce a las turbinas hlice y Kaplan, ya que en las turbinas Francis con ns del orden de 400, el agua no se puede guiar y conducir con precisin.El rodete est compuesto por unas pocas palas, que le confieren forma de hlice de barco; cuando stas sean fijas, se llama turbina hlice, mientras que si son orientables se denominan turbinas Kaplan; en ambos casos las turbinas funcionan con un nico sentido de giro de rotacin; son pues turbinas irreversibles.Si adems de tener las palas orientables, las turbinas funcionan en los dos sentidos de rotacin (turbinas reversibles), y asimismo pueden actuar como bombas hlice accionadas por el propio generador, se las denomina turbinas Bulbo.En lo que sigue, vamos a exponer una teora relativa al clculo de turbinas Kaplan, que se puede aplicar directamente a las turbinas hlice y Bulbo.Para una turbina hlice del tipo que sea, si se supone una velocidad de entrada, toda la altura del perfil, las distintas curvaturas de las palas se deducen de las distintas velocidades perifricas que tiene la rueda en los diversos puntos de forma que siempre se cumpla que:R u = Cte

DESARROLLOVctor Kaplan vive en Brno, Moravia, hoy Repblica Checa, obtuvo su primera patente para un labe de turbina de hlice ajustable en 1912 -, pero el desarrollo de una mquina de xito comercial tardara otra dcada. Kaplan luch con problemas de cavitacin, y en 1922 abandon su investigacin por razones de salud.En 1919 Kaplan instalada una unidad de demostracin en Pode Brady, Checoslovaquia. En 1922 Voith introdujo un 1100 HP turbina Kaplan para ser utilizados principalmente en los ros. En 1924, una unidad de 8 MW entr en lnea en Lilla Edet, Suecia. Esto marc el xito comercial y la aceptacin generalizada de las turbinas Kaplan.

TURBINAS KAPLANMARCO TEORICOLa turbina Kaplan es una turbina de agua de tipo hlice que tiene palas ajustables. Fue desarrollado en 1913 por el profesor austriaco Vctor Kaplan, quien combin palas de la hlice se ajusta automticamente con puertas peatonales incorporadas ajusta automticamente para lograr la eficiencia en un amplio rango de nivel de flujo y el agua.Tuvo una evolucin de la turbina de Francis. Su invencin permite la produccin eficiente de energa en aplicaciones de baja de la cabeza que no era posible con turbinas Francis. La cabeza va desde 10 hasta 70 metros y la salida de entre 5 y 120 MW. Dimetros Runner son entre 2 y 8 metros. La gama de la turbina es 79 a 429 rpm. Turbinas Kaplan son ampliamente utilizados en todo el mundo de alto flujo, la produccin de energa bajo la cabeza.Es una turbina de reaccin de flujo hacia el interior, lo que significa que la presin de los cambios fluido de trabajo a medida que avanza a travs de la turbina y cede su energa. De energa se recupera tanto de la cabeza hidrosttica y de la energa cintica del agua que fluye. El diseo combina las caractersticas de las turbinas radiales y axiales.

La entrada es un tubo en forma de pergamino que se enrolla alrededor portillo de la turbina. El agua se dirige tangencialmente a travs de la puerta y espirales portillo a un corredor en forma de hlice, causando que gire.La salida es un tubo de aspiracin de forma especial que ayuda a desacelerar el agua y recuperar la energa cintica.La turbina no necesita estar en el punto ms bajo del flujo de agua, siempre y cuando el tubo de aspiracin se mantiene lleno de agua. Una turbina de ubicacin superior, sin embargo, aumenta la succin que se imparte en los labes de la turbina por el tubo de aspiracin. La cada de presin resultante puede conducir a la cavitacin.Se emplean en cargas de pequea altura (alrededor de 50 m y menores de alturas), con caudales medios y grandes (aproximadamente de 15 m3/s en adelante). Debido a su singular diseo, permiten elevadas velocidades especficas, obtenindose buenosRendimientos, incluso dentro de extensos lmites de variacin de caudal. Partes constitutivas de una turbina Kaplan:Carcasa espiralDistribuidorRotor o rodeteTubo de aspiracinFlechaEquipo de selladoCojinete guaCojinete de empuje

Las turbinas Kaplan son tambin conocidas como turbinas de doble regulacin, por intervenir en el proceso de regulacin tanto las palas o labes del distribuidor, como sobre los labes del rotor dependiendo de las condiciones de carga existente. Con este procedimiento se consiguen elevados rendimientos, incluso para cargas bajas y variables. Para lograr el control adecuado de los labes del rotor, tanto el ncleo del rotor, como el eje de turbina, permiten alojar en su interior los distintos dispositivos mecnicos, tales como servomotores, palancas, bielas, destinados a dicho fin. Se distinguen tres sistemas de gobierno de los labes del rotor, dependiendo de la ubicacin del servomotor de accionamiento en las distintas zonas de la flecha del grupo turbina-generador. As se tiene:Servomotor en cabeza: el servomotor est instalado en el extremo superior de la flecha. En la zona del generador.Servomotor intermedio: en este caso est situado en la zona de acoplamiento de la flecha de la turbina y del generador.Servomotor en ncleo: esta alojado en el propio ncleo del rotor.

El rodete de esta TH se caracteriza por poseer pocos alabes dispuestos de forma radial a la vez que carecen de corona exterior. El perfil de los alabes tiene caractersticas hidrodinmicas con poca curvatura, que facilita su rendimiento y aumenta la velocidad del fluido (agua), estas caractersticas hacen que estas TH se construyan de dimetros de rodete bastante pequeos.El generador est montado en la parte superior de la turbina a distancias lo suficientemente retirado con el fin de protegerlo de crecidas. Las flechas de estas turbinas se construyen huecas, para poder alojar todos los elementos de regulacin para poder regular, los alabes del cubo.Cuando el agua abandona el rodete tiene una velocidad elevada, por consiguiente energa cintica que puede ser utilizada todava es por esta razn que se hace uso de un tubo de aspiracin de desfogue, cuyo objetivo es de:Convertir la energa de velocidad en energa de presin. Permitir obtener una presin menor (de vaco), que ayuda a aumentar la carga de trabajo de la turbina.Evita que el agua salga directamente a la atmosfera, permitiendo as que se pueda instalar la turbina a un nivel ms alto que el nivel de agua baja.

GENERALIDADES DE LAS TURBINAS KAPLANEstas son mquinas hidrulicas de reaccin de flujo axial, con alabes mviles que le permiten ajustarse con mucha facilidad, a diferentes condiciones de flujo sin que se tenga una cada de rendimiento de estas; su utilizacin se dan en lugares donde se tienen saltos pequeos o a lo sumo medianos pero, pero que con mucho caudal.Sus caractersticas principales son:Dimensiones reducidas.Velocidades relativamente altas.Rendimiento elevado con carga variable.Notable capacidad para sobrecargas.

CARACTERSTICAS Y TENDENCIAS DE CONSTRUCCIN DE LAS TURBINAS KAPLAN.

Estas turbinas cada ao se construyen en tamaos mayores, pues se utilizan con mayor frecuencia, dado que en lugares donde ya se ha utilizado los saltos mayores se requiere a medida crese la demanda, elctrica construir ms centrales hidroelctricas pero estas se pueden construir, en donde existen saltos menores.Con la experiencia que da el hecho de diversas instalaciones, se puede concluir, que el dimetro ptimo para una de estas MH es de 8 m, otra factor que se a podido apreciar es que la eficiencia hidrulica aumenta, suele darse especial nfasis a las variaciones de carga que producen variaciones sensibles de la eficiencia, factor decisivo para considerar las reducciones de costos de construccin.Otra de las caractersticas de estas turbinas es que la parte inferior, es de contorno esfrico, mientras que la parte superior es cilndrico lo que permite que la mitad inferior descanse en el concreto, en cuanto a la parte superior, reduce mucho el costo de construccin debido a su forma de cilindro.En cuanto a los alabes no se requiere de un acabado superficial de mucho pulido, ya que como se puede demostrar la rugosidad, permitida entre la superficie de contacto y el agua no depende del tamao de la mquina. Sino ms bien se puede expresar.Como:

COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA TURBINA KAPLAN

Basndonos en la siguiente figura, los elementos constitutivos de una turbina Kaplan son:Cubo del rodeteDistribuidor.SelloCojineteTubos de lubricacinChumacera de cargoBomba para lubricacin de la chumaceraGraAlabes del distribuidorServomotor del distribuidor (mecanismo de orientacin de los labes)Caracol metlicoTubo de desfogue.

FUNCIN DE CADA COMPONENTE DE LA TURBINA KAPLAN1. EL DISTRIBUIDORForma parte del estator de la mquina, es decir, es un rgano fijo.El distribuidor es un rgano fijo cuya misin es dirigir el agua, desde la seccin de entrada de la mquina hacia la entrada en el rodete (cmara de admisin), distribuyndola alrededor del mismo, (turbinas de admisin total), o a una parte, (turbinas de admisin parcial), es decir, permite regular el agua que entra en la turbina, desde cerrar el paso totalmente, caudal cero, hasta lograr el caudal mximo. Es tambin un rgano que transforma la energa de presin en energa de velocidad; en las turbinas hlice-centrpetas y en las axiales est precedido de una cmara espiral (voluta) que conduce el agua desde la seccin de entrada, asegurando un reparto simtrico de la misma en la superficie de entrada del distribuidor.

3. CMARA DE ALIMENTACINEs el lugar por donde entre el agua para alimentar a la turbina. En pocas palabras s es un ducto de admisin.La cmara de alimentacin suele ser de concreto en muchos casos, debido a la gran capacidad de gasto que admite la turbina Kaplan. La seccin toridal puede ser circular o rectangular.4. EL RODETEEs el elemento esencial de la turbina, estando provisto de labes en los que tiene lugar el intercambio de energa entre el agua y la mquina. Como una turbina Kaplan (labes orientables), es mucho ms cara que la de hlice (labes fijos), a veces se equipa una central de pequea altura con turbinas hlice y Kaplan. Estas van cambiando insensiblemente de forma para adaptarse a las diferentes condiciones de servicio.

A continuacin se presenta una clasificacin de estos dispositivos, segn la disposicin de los ejes de giro de los labes directrices:1. Cilndrico: si los ejes de giro se encuentran en la superficie de un cilindro cuyo eje coincide con el eje de la mquina y el flujo en el distribuidor carece de componente axial. Los diagramas presentados corresponden a este tipo.2. Axial: Si los ejes de giro se encuentran en un plano transversal al eje de la mquina y el flujo en el distribuidor carece de componente radial ( en centrales en que el flujo es axial no solo en el rodete, sino a la entrada de la turbina: Grupo bulbo).3. Cnico: Si los ejes de giro se encuentran en una superficie cnica.2. CARCASA O CARACOLEs parte de la estructura fija de la mquina y tiene forma en espiral. En ella se convierte parte de la energa de presin del agua en energa cintica, dirigiendo el agua alrededor del distribuidor.

5. TUBO DE DESFOGUEEs un conducto (ver figura 9) por el que desagua el agua, generalmente con ensanchamiento progresivo, recto o acodado, que sale del rodete y la conduce hasta el canal de fuga, permitiendo recuperar parte de la energa cintica a la salida del rodete para lo cual debe ensancharse; si por razones de explotacin el rodete est instalado a una cierta altura por encima del canal de fuga, un simple difusor cilndrico permite su recuperacin, que de otra forma se perdera. Si la turbina no posee tubo de aspiracin, se la llama de escape libre

6. SERVOMOTOR DEL DISTRIBUIDORAjusta automticamente a los labes del distribuidor, de acuerdo con las necesidades de la potencia. Dicho servomotor (fig.) est ligado al gobernador que controla la velocidad del eje del grupo turbina-generador.El servomotor est alojado en el cubo mismo inmediatamente encima de los labes. El servomotor transmite su movimiento a travs de un vstago a la cruceta y el movimiento de traslacin de la cruceta en el de rotacin de los labes, gracias a la palanca que cada labe lleva enchavetada en su eje respectivo.

7. NERVIO CENTRALEl nervio central (figura 11) es cuidadosamente estudiado con ensayos de laboratorio, evita las prdidas por desprendimiento de la corriente.La parte gris, es el distribuidor, donde, fuera de ella se encuentra la cmara de alimentacin de color caf, la parte roja los labes mviles del distribuidor, la azul es el flujo del agua o fluido, la parte amarilla es la turbina KAPLAN, donde, estn sus alabes mviles que se asemejan a la forma ala de un avin o propela de un barco y su eje, y por ltimo la parte verde es el difusor o tubo de aspiracin.

CARACTERSTICAS DE CONSTRUCCIN DE LAS TURBINAS KAPLANLos criterios de diseo para las centrales hidroelctricas y la seleccin del tipo de turbina idnea para cada aprovechamiento especfico dependen de mltiples factores tcnicos y econmicos. En teora cada emplazamiento requiere el diseo de su equipamiento especfico para lograr su ptimo aprovechamiento. Esto slo se hace de esta forma despus de haber agotado las posibilidades de normalizacin de los equipos o en aquellos casos en donde ganar 1 o 2% en la eficiencia del conjunto pague lo costoso de las investigaciones, el desarrollo de modelos y lo que significa una produccin unitaria. En la determinacin del nmero y tamao de las unidades para un proyecto dado deben analizarse los siguientes aspectos:Cuenca del recurso, pluviosidad, hidrologa y caudales garantizados, es decir, el agua disponible, su distribucin a lo largo del ao y la subordinacin de la entrega del agua y del rgimen de operacin.Regulacin, obras de toma, uso final del agua, embalses reguladores de aguas abajo.Geologa, topografa y la carga hidrulica disponible.Racionalidad, uso de recursos y materiales locales, economa y optimizacin. La mayor integracin nacional posible de la inversin en su conjunto.Caractersticas del servicio, tales como entrega posible al Sistema Electro energtico Nacional, o si es aislado o en paralelo a otra mini hidroelctrica, dimensiones y caractersticas de la curva de demanda de la carga elctrica conectada, etc.Criterios econmicos.Criterios extra energticos, tales como lo referente al impacto social, poltico y ambiental.

Criterios de seleccin:Uno de los principales criterios que se deben manejar a la hora de seleccionar el tipo de turbina a utilizar en una central, es la velocidad especfica (ns) cuyo valor exacto seObtiene a partir de la siguiente ecuacin:

Donde:n = Numero de revoluciones. H = Altura neta.Pa = Potencia til o potencia en el eje.

14CAMPO DE APLICACIN DE LAS TURBINAS KAPLAN.La importancia de las turbinas Hlice y Kaplan en pequeos saltos con grandes caudales, las hacen idneas tanto en posicin horizontal como vertical; por su similitud con las turbinas Bulbo, empleadas tanto en centrales mareomotrices como en algunas mini centrales hidrulicas, presentamos este somero estudio que permite comprender su funcionamiento y campos de aplicacin.La tendencia a la construccin de turbinas cada vez ms rpidas, para velocidades especficas ns mayores de 450, conduce a las turbinas hlice y Kaplan, ya que en las turbinas Francis con ns del orden de 400, el agua no se puede guiar y conducir con precisin.El rodete est compuesto por unas pocas palas, que le confieren forma de hlice de barco; cuando stas sean fijas, se llama turbina hlice, mientras que si son orientables se denominan turbinas Kaplan; ambos casos las turbinas funcionan con un nico sentido de giro de rotacin; son pues turbinas irreversibles.Si adems de tener las palas orientables, las turbinas funcionan en los dos sentidos de rotacin (turbinas reversibles), y asimismo pueden actuar como bombas hlice accionadas por el propio generador, se las denomina turbinas Bulbo.En lo que sigue, se utilizara una teora relativa al clculo de turbinas Kaplan, que se puede aplicar directamente a las turbinas hlice y Bulbo. Para una turbina de hlice del tipo que sea, si se supone una velocidad de entrada C1 uniforme para toda la altura del perfil, las distintas curvaturas de las palas se deducen de las distintas velocidades perifricas Cu que tiene la rueda en los diversos puntos, la figura siguiente, muestra de que forma, siempre se cumpla que:

Expresin de energa transferida, grado de reaccin y factor de utilizacinLa energa transferida del fluido al rotor, en una turbina tiene como expresin bajo la forma de Euler:

O tambin:

La ltima expresin se utiliza si se da Hu en unidades de longitud, que equivale a considerar la energa por unidad de peso.Expresando la energa transferida bajo la forma de componentes energticas, en la turbina axial tiene la forma.

En esta ltima ecuacin desaparece el trmino de accin centrpeta, ya que la velocidad de arrastre conserva el mismo valor a la salida que a la entrada, pues no hay traslacin radial del agua durante el paso de sta por el rotar, sino solamente axial, lo que justifica su nombre.

La carga dinmica viene representada por el primer trmino del segundo miembro en la ecuacin 5.1. La carga esttica, aprovechada por la mquina, queda reducida en este caso al cambio energtico debido a la velocidad relativa del fluido, manifestada por un efecto acelerativo del agua a lo largo del ducto entre los labes del rotor.El grado de reaccin en la turbina axial quedar expresado por:

O tambin:

Con frecuencia se expresa el factor de utilizacin en funcin del grado de reaccin. En efecto, el factor de utilizacin se define por la relacin ya citada:

Sustituyendo E por su valor se tiene:

Eliminando las velocidades relativas en las ecuaciones 5 y 7 se obtiene:

DIAGRAMA DE VELOCIDADES A LA ENTRADA Y SALIDA DE LOS ALABES DEL RODETE

REGULACIN, ALIMENTACIN Y DESFOGUE DE LAS TURBINAS KAPLANRegulacinA la entrada del rodete se origina una prdida por choque y a la salida resulta una mayor en magnitud, pero de direccin ms inclinada; ambas circunstancias contribuyen a la disminucin del rendimiento, de forma que ste desciende tanto ms Rpidamente, cuanto mayor sea la velocidad de la turbina. Una caracterstica negativa de las turbinas hlice es el bajo rendimiento de las mismas a cargas distintas de la nominal o diseo. En las turbinas Kaplan, las paletas directrices del distribuidor tambin son mviles lo cual permite mejorar la regulacin, pues al cambiar la inclinacin de los labes del rodete se consigue mantener bastante elevado el rendimiento para un extenso margen del grado de apertura del distribuidor.Mecanismos de regulacin de las turbinas KAPLAN.Para lograr el control adecuado de las palas del rotor, tanto el ncleo del rotor, como el eje de turbina, permiten alojar en su interior los distintos dispositivos mecnicos, tales como servomotores, palancas, bielas; destinados a dicho fin.Respecto a los servomotores podemos encontrar la siguiente clasificacin:Servomotor en ncleo: est alojado en el propio ncleo del rotor.Servomotor en cabeza: el servomotor est instalado en el extremo superior del eje, en la zona del generador como se muestra en la figura (1)Servomotor intermedio: en este caso est situado en la zona de acoplamiento de los ejes de la turbina y del generador, figura (2)

En los sistemas de servomotor intermedio y en ncleo, los conductos de aceite entre regulador de velocidad y el servomotor se realizan mediante conductos concntricos 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 elctricos y reductores de velocidad ubicados en el interior del eje.En los rotores Kaplan, el interior del ncleo est lleno de aceite a fin de producir la estanqueidad para evitar el paso de agua a travs de los ejes de las palas.En la figura siguiente, se presenta un esquema del mecanismo de regulacin de las palas mviles del rodete, dispuesto en el interior del cubo. Cada pala se prolonga mediante un eje, que penetra en el cubo, perpendicular al eje de giro de la rueda. Cada eje de pala pivota en dos palieres P1 y P2 entre los que se encuentra calada una Palanca L que es la que regula la orientacin de la pala, y que a su vez va sujeta al eje de la rueda.En la figura anterior se puede observar que la fuerza centrfuga de la pala se transmite a la palanca L mediante bieletas, y en turbinas muy importantes, por un sistema de anillo incrustado en el eje y apoyado sobre L.Las bieletas X colocadas en la extremidad de la palanca L van sujetas al rbol mediante un soporte E; todo ello est dirigido por un vstago que pasa por el interior del rbol A, de forma que cualquier desplazamiento axial de este vstago provoca una rotacin simultnea de todas las palas.Todo el mecanismo de regulacin est baado en aceite a una cierta presin, (en las Bulbo del orden de 2 a 3 atm), proporcionando la lubricacin necesaria a todos los cojinetes y conexiones, y no permitiendo la entrada del agua en el interior del cubo.El vstago T es accionado por un servomotor S que gira solidario con el rbol; por encima de ste va situado un depsito fijo R, en el que las cmaras C1 y C2 estn Comunicadas con una vlvula de regulacin de aceite D de una entrada y dos salidas.

ALIMENTACINEl ms 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 reaccin (Francis, hlice, Kaplan y Driaz). Este distribuidor se muestra en la siguiente figura puede verse en la posicin cerrada (a) y en posicin abierta (b). Consta de dos bielas o brazos robustos, movidos por uno o varios servomotores de aceite que hacen girar al anillo donde pivota un extrem de las pequeas bielas, las cuales a su vez hacen girar a los labes de perfil aerodinmico, que pivotan en torno a un eje fijo. En este tipo de distribuidores la regulacin se realiza, tericamente, sin variacin de la velocidad absoluta de entrada del agua en el rodete c1, ya que lo nico que se modifica es el ngulo 1 dentro del plano perpendicular al eje de rotacin de la turbina, lo que implica que c1 no tenga componente axial.La componente tangencial c1n no da lugar a gasto alguno, ya que ste viene determinado por el mdulo de la componente radial en el distribuidor c1r, de la forma:

Al modificarse la direccin de c1 por la accin de las directrices del distribuidor, la velocidad relativa en el rodete w1 cambia de magnitud y direccin y el agua a la entrada en el rodete, cuando ste trabaje fuera de las condiciones de diseo, dejar de ser tangente a los labes. En estas condiciones, el tringulo de velocidades a la entrada del rodete proporciona una velocidad relativa w1 que se descompone en otras dos, una w1m segn la direccin tangencial al labe en M, y otra w1n perpendicular a la anterior es la componente de choque que origina unas prdidas a la entrada, que en la siguiente figura se muestra.

DESFOGUEEs 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 energa cintica a la salida del rodete para lo cual debe ensancharse; si por razones de explotacin el rodete est instalado a una cierta altura por encima del canal de fuga, un simple difusor cilndrico (figura e) permite su recuperacin, que de otra forma se perdera. Si la turbina no posee tubo de aspiracin, se la llama de escape libre figura (d).Los tubos de aspiracin acodados (figura c) suelen ser de hormign, con frecuencia blindados con chapa y de forma cuidadosamente estudiada para ptimo rendimiento, pasando gradualmente de la seccin circular a una seccin rectangular. El tubo de aspiracin forma parte de la turbina. Las formas de realizacin de los difusores varan con el ns de la turbina y con el tipo de instalacin. Para las turbinas de eje horizontal y pequeos valores de ns el tubo de aspiracin puede ser una simple tubera acodada, de seccin creciente, figura (a), que desemboca por debajo del nivel del agua del canal. Para reducir el efecto perjudicial del codo, se puede utilizar para la parte recta final una disposicin inclinada.

Colinas de rendimientos de una turbina Kaplan para cinco valores del ngulo Segn esto, cada punto del campo caracterstico se puede realizar con el (total mximo) correspondiente a la isolnea de, total = Cte, que pasa por dicho punto, con la condicin de que la apertura del distribuidor y el ngulo de los labes del rodete sean los correspondientes a las lneas de los puntos x = Cte, 0= Cte, que pasan por dicho punto. Siguiendo otro procedimiento se trazan una serie de colinas de rendimientos de uno de los dos tipos descritos anteriormente, siendo preferidos los del primero porque es ms fcil variar 0Se comprueba que al aumentar 0 aumenta Q11 mientras que el valor ptimo de n11 vara poco, disminuyendo para ngulos elevados, como se muestra en las colinas de rendimientos de la turbina Kaplan representada en la figura anterior, obtenidas para cinco valores del ngulo 0 de posicin de los labes del rodete.Se escoge un valor determinado de n11, se traza la vertical, n11= Cte, y se leen en las diferentes colinas los valores mximos del rendimiento, (caracterizadas por valores distintos de 0), y en la interseccin de la vertical, n11 = Cte, con cuantos valores de Q11 se deseen, en cada caso, anotndose tambin el valor de j0 de la colina respectiva y el valor de x con el que se obtiene dicho rendimiento.Para cada valor de n11 se obtienen los tres tipos de curvas:total = f (Q11) ; x = f (Q11) ; 0= f (Q11)Que se han representado en la figura siguiente (b), para un mismo valor de n11, obtenidas a partir de las curvas caractersticas universales descritas anteriormente.

a)Para otros valores de n11 se trazan otras series de curvas de este tipo, y con estos datos se pueden trazar las curvas caractersticas universales de las turbinas Kaplan. Para ello, en cada punto del plano (Q11, n11) se anotan tres valores de tot y x, obtenindose el Diagrama de dichas turbinas trazando las isolneas de igual rendimiento, las isolneas de = Cte, que son los valores del ngulo del rodete con los que se obtienen los rendimientos mximos, y las de apertura, x = Cte, como se indica en la figura anterior, obtenindose as un diagrama universal aplicable a una serie de turbinas Kaplan geomtricamente semejantes a la turbina ensayada, figura siguiente (a).La turbina Kaplan en funcionamiento se caracteriza por un nmero de revoluciones por minuto n, su dimetro D y altura neta Hn determinados, que a su vez proporcionan un n11 para dicha turbina Kaplan, siempre que Hn se mantenga constante, por cuanto:

B)CONCLUSIONESLa utilizacin de las turbinas Kaplan en pequeos saltos con grandes caudales, las hacen factibles para proyectos hidroelctricos, tanto en posicin horizontal como vertical.

La turbina Kaplan es mucho ms costosa que la Francis, por la forma de regulacin de la turbina, la mejora de los resultados a carga parcial es tal, que la turbina con labes fijos slo se instala en emplazamientos donde la altura y la carga son constantes. La doble regulacin de una turbina Kaplan hace que sta sea ms cara que una Francis de igual potencia, por lo que se utilizan en aquellas instalaciones en que se desee conseguir rapidez de giro y mxima facilidad de regulacin.

El tubo de aspiracin, debe tener seccin suficiente y de forma tal que permita la mxima recuperacin de la energa cintica del agua a la salida del rodete, factor sumamente importante en las turbinas Francis, hlice y Kaplan, en las que dicha energa aumenta con el incremento de la velocidad especfica. De otro modo, el rendimiento sera muy bajo.

Las turbinas Kaplan entran en competencia con las turbinas Francis para saltos entre 30 y 70 metros. Las primeras presentan la ventaja de adaptarse mejor a las variaciones de carga, funcionando con un buen rendimiento al 40% de la carga mxima, mientras que en la Francis, aproximadamente a un 60% de la carga mxima, aparece un fenmeno denominado antorcha que puede dar lugar a fuertes vibraciones. Por otro lado, las Kaplan para saltos mayores de 50 metros, y a igual de potencia, tienen un dimetro mayor que las Francis.

BIBLIOGRAFIATurb maquinas hidrulicas. Encinas Polo, Manuel, Editorial LIMUSA.

Turbinas hidrulicas. Pedro Fernndez Dez, Departamento de Ingeniera Elctrica y Energtica Universidad de Cantabria.

Mecnica de fluidos y Maquinas hidrulicas. Claudio Mataix, Segunda Edicin, Ediciones del Castillo, S.A. Madrid.