BOMBAS ROTODINMICAS.Estas son siempre rotativas. Su
funcionamiento se basa en la ecuacin de Euler; y su rgano
transmisor de energa se llama: RODETE Se llaman rotodinamica porque
su movimiento es rotativo y dinmico de la corriente juega un papel
esencial en la transmisin de energa.
CLASIFICACIN DE LAS BOMBAS ROTODIMNICAS. 1. Segn la direccin del
flujo. * Bombas de flujo radial * Bombas de flujo axial * Bombas de
flujo radioaxial
2. Segn la posicin del eje. * Bombas de eje horizontal * Bombas
de eje vertical * Bombas de eje inclinado
3. Segn la presin engendrada. * Bombas de baja presin * Bombas
de mediana presin * Bombas de alta presin
4. Segn el nmero de flujos. * Simple aspiracin o de un flujo *
De doble aspiracin de dos flujos.
5. Segn el nmero de rodetes. * De un escalonamiento * De varios
escalonamientos.
Curva Caracterstica de una Bomba
1. Altura en funcin del caudal (Hm vs. Q). Fig. a2. Potencia en
funcin del caudal (N vs. Q). Fig. b3. Rendimiento en funcin del
caudal ( vs. Q). Fig. cEstas curvas son obtenidas en laboratorios
hidrulicos propiosdel fabricante y distribuidas comercialmente en
catlogos.
IMPORTANCIA: Predecir el funcionamiento de la bomba en la
instalacin hidrulicaa un determinado nmero de revoluciones. Permite
encontrar el punto ptimo de funcionamiento de la bomba. Escoger la
bomba adecuada para la instalacin hidrulica enestudio. Definir
parmetros hidrulicos para evitar el problema de laCavitacin.
Evaluar las caractersticas de las bombas con diferentes dimetrosde
impulsores.
La Curva Caracterstica de una Bomba Centrfuga, es un grfico que
representa la relacin nica de Carga Caudal que garantiza la Bomba a
determinada velocidad de rotacin de su impulsor.El impulsor o
rodete de una Bomba Centrfuga es el componente que, a travs de su
rotacin a altas velocidades, incrementa la velocidad del fluido
generando a la vez el incremento de la energa cintica en el fluido
bombeado (produciendo el incremento de presin buscado con el uso
del Equipo de Bombeo). Las caractersticas geomtricas (forma, tipo y
tamao) del impulsor son las que definen la Curva Caracterstica de
una Bomba Centrfuga. De esta forma, los fabricantes de las Bombas
para Agua y otros productos, suelen generar para cada uno de sus
modelos, Catlogos desde los cuales el diseador de las Estaciones de
Bombeo, pueda seleccionar la Curva Caracterstica de una Bomba
Centrfuga en funcin del punto de operacin de la instalacin en la
que sta se dispondr.Un ejemplo de Curva Caracterstica de una Bomba
Centrfuga se presenta en la siguiente figura, en la que hemos
anotado varios de sus componentes principales:
Como vemos, hay varias particularidades en la Curva
Caracterstica de una Bomba Centrfuga: Existir una Curva
Caracterstica para cada dimetro de Impulsor que sea posible
instalar en el modelo de bomba respectivo. El modelo de bomba, cuya
Curva de Operacin se presenta en la figura anterior, trabaja con
cuatro posibles dimetros de impulsor: 483, 515, 549 y 585 mm. En
funcin de lo referido en el punto anterior, en la medida que el
dimetro del impulsor es menor, la Carga o Altura de bombeo
suministrada por la bomba, para un mismo caudal, es menor:
A lo largo de cada Curva Caracterstica de una Bomba Centrfuga,
se diferencian distintos valores de eficiencia para el equipo,
destacndose (como en el caso del impulsor de 585 mm de dimetro en
las figuras previas), el mayor valor de eficiencia que puede ser
alcanzado por el equipo (89% en el caso del modelo de referencia).
En el caso del caudal de 800 l/s referido en el punto anterior,
tendramos que la eficiencia de la bomba, cuando se le instala el
impulsor de 549 mm de dimetro, es del orden del 87%.En virtud de
las prdidas hidromecnicas que se suceden en el interior de la Bomba
Centrfuga, se tendr que la potencia que sta le suministra al fluido
es menor que la que el motor le imprime a ella.De esta forma, la
Eficiencia de un equipo de bombeo se define como la relacin entre
la potencia til (la de la bomba) y la potencia del motor que la
acciona y por lo tanto tendr siempre un valor inferior a la unidad.
Quiz la consideracin ms importante es que, dado que la Curva
Caracterstica de una Bomba Centrfuga representa una relacin nica de
Caudal-Altura, el punto de operacin de la instalacin en la que sta
se emplace tendr que adaptarse a lo que establezca dicha Curva.Es
decir, si la altura de bombeo calculada para determinada Instalacin
(utilizando el principio de energa y de prdidas de carga) es, por
ejemplo, y utilizando la Curva Caracterstica de referencia en este
Tutorial, de 26 m para 900 l/s, tendramos situaciones como las
siguientes: Utilizar el impulsor de 549 mm de dimetro, en cuyo caso
el caudal bombeado tender a ser mayor que el requerido, pues la
Curva Caracterstica (en realidad el equipo e impulsor
seleccionados) obligar a que el punto de operacin del sistema de
bombeo se desplace hacia la derecha, pues ella no contiene al punto
de diseo de 26 m a 900 l/s:
Si utilizamos el impulsor de 515 mm, por supuesto no ser posible
alcanzar el caudal de 900 l/s deseado, pues la Curva Caracterstica
para este dimetro de impulsor tampoco contiene al punto de diseo y,
adems, ofrece menores alturas de bombeo que la buscada para el
caudal en cuestin:
En general, lo descrito en las situaciones previas, es
prcticamente la situacin comn: ser prcticamente imposible conseguir
una Curva Caracterstica de bomba que contenga de forma exacta el
punto calculado para el sistema en el que sta se emplazar, teniendo
que aceptar las variaciones referidas, a juicio, por supuesto, del
diseador del sistema.Finalmente es necesario aclarar que, aun
cuando las dos situaciones referidas son situaciones posibles, es
necesario realizar la Caracterizacin del Sistema de Bombeo, lo cual
es una metodologa en la que se grafican conjuntamente la Curva
Caracterstica del Equipo contra la Curva Caracterstica del Sistema
a travs del cual se realizar el bombeo (Aduccin o impulsin, red de
Distribucin, etc). La interseccin entre ambas curvas nos dir de
forma precisa cual es el punto de operacin final de ambos
componentes. sto lo veremos en un prximo Tutorial, por el momento
ya conoces el Concepto y Componentes de la Curva Caracterstica de
una Bomba Centrfuga.IMPORTANCIA: Predecir el funcionamiento de la
bomba en la instalacin hidrulicaa un determinado nmero de
revoluciones. Permite encontrar el punto ptimo de funcionamiento de
la bomba. Escoger la bomba adecuada para la instalacin hidrulica
enestudio. Definir parmetros hidrulicos para evitar el problema de
laCavitacin. Evaluar las caractersticas de las bombas con
diferentes dimetrosde impulsores.
Procedimiento de Seleccin Una vez conozcas los conceptos bsicos
relacionados con las bombas centrifugas, se puede seguir con
establecer un procedimiento bsico para la seleccin de bombas para
cualquier sistema de bombeo que se presente en la industria,
especficamente se estarn seleccionando bombas centrifugas:
1. Primeramente se debe calcular la cabeza requerida por el
sistema en funcin del caudal, considerando por supuesto las
perdidas por friccin, la cabeza esttica y la de presin.
Fig. 4: Curva del sistema
2. Luego grafique esta ecuacin en funcin del caudal, de manera
que se pueda observar fcilmente la cabeza requerida del sistema
para cualquier caudal.3. Escoger un caudal en especifico para el
cual se quiere poner a funcionar el sistema de bombeo.4. Buscar en
un catalogo de cualquier proveedor de bombas, las curvas con los
diferentes dimetros de impeller, eficiencia y potencia del motor
elctrico acoplado.
Fig. 5: Curva de la Bomba, Catalogo de Hidromac
En la figura 5, se puede observar las distintas curvas de la
bomba, hay varias dado que corresponden a distintos dimetros de
impeller, para este caso por ejemplo tenemos dimetros de 120, 133,
146, 159 y 172 mm. Ademas en la parte derecha se encuentra tambin
la velocidad de rotacin del impeller, las lineas de eficiencia, la
potencia del motor y el NPSH dentro de los recuadros
triangulares.
5. Se marca el caudal y la cabeza requerida por el sistema y se
marca este punto de interseccin.
Fig. 6: Interseccin entre la Curva del sistema y la Curva de la
Bomba
6. Con este punto luego, debes seleccionar un dimetro de
impeller y potencia del motor elctrico adecuado.Al llegar al punto
6 adems debe considerar que el punto se encuentre cerca de las
mximas eficiencia, generalmente esto ocurre en los caudales que
esta en la mitad del rango de caudales que admite la bomba que se
esta seleccionando.Adicionalmente, con las Leyes de Semejanza, se
puede por ejemplo modificar las rpm variando la frecuencia de giro
del motor elctrico seleccionado. En los ejemplo de aplicacin se
ilustra este procedimiento.
TurbinaTurbina es el nombre genrico que se da a la mayora de las
turbomquinas motoras. stas son mquinas de fluido, a travs de las
cuales pasa un fluido en forma continua y ste le entrega su energa
a travs de un rodete con paletas o labes.La turbina es un motor
rotativo que convierte en energa mecnica . El elemento bsico de la
turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hlices,
cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, de tal
forma que el fluido en movimiento produce una fuerza tangencial que
impulsa la rueda y la hace girar. Esta energa mecnica se transfiere
a travs de un eje para proporcionar el movimiento de una mquina, un
compresor, un generador elctrico o una hlice.
De acuerdo al cambio de presin en el rodete o al grado de
reaccin Turbinas de accin: Son aquellas en las que el fluido de
trabajo no sufre un cambio de presin importante en su paso a travs
de rodete. Turbinas de reaccin: Son aquellas en las que el fluido
de trabajo si sufre un cambio de presin importante en su paso a
travs de rodete.Para clasificar a una turbina dentro de esta
categora se requiere calcular el grado de reaccin de la misma. Las
turbinas de accin aprovechan nicamente la velocidad del flujo de
agua, mientras que las de reaccin aprovechan adems la prdida de
presin que se produce en su interior.De acuerdo al diseo del
rodeteEsta clasificacin es la ms determinista, ya que entre las
distintas de cada gnero las diferencias slo pueden ser de tamao,
ngulo de los labes o cangilones, o de otras partes de la
turbomquina distinta al rodete. Los tipos ms importantes son:
Turbina Kaplan: son turbinas axiales, que tienen la particularidad
de poder variar el ngulo de sus palas durante su funcionamiento.
Estn diseadas para trabajar con saltos de agua pequeos y con
grandes caudales.(Turbina de reaccin) Turbina Hlice: son
exactamente iguales a las turbinas kaplan, pero a diferencia de
estas, no son capaces de variar el ngulo de sus palas. Turbina
Pelton: Son turbinas de flujo transversal, y de admisin parcial.
Directamente de la evolucin de los antiguos molinos de agua, y en
vez de contar con labes o palas se dice que tiene cucharas. Estn
diseadas para trabajar con saltos de agua muy grandes, pero con
caudales pequeos.(Turbina de accin) Turbina Francis: Son turbinas
de flujo mixto y de reaccin. Existen algunos diseos complejos que
son capaces de variar el ngulo de sus labes durante su
funcionamiento. Estn diseadas para trabajar con saltos de agua
medios y caudal medios. Turbina Ossberger / Banki / Michell: La
turbina OSSBERGER es una turbina de libre desviacin, de admisin
radial y parcial. Debido a su nmero especfico de revoluciones
cuenta entre las turbinas de rgimen lento. El distribuidor imprime
al chorro de agua una seccin rectangular, y ste circula por la
corona de paletas del rodete en forma de cilindro, primero desde
fuera hacia dentro y, a continuacin, despus de haber pasado por el
interior del rodete, desde dentro hacia fuera.Es una turbina
hidrulica de impulso diseada para saltos de desnivel medio.El
rodete de una Turgo se parece a un rodete Pelton partido por la
mitad. Para la misma potencia, el rodete Turgo tiene la mitad del
dimetro que el de un rodete Pelton y dobla la velocidad
especfica.
CLASIFICACIN DE LAS TURBINASTurbinas de accinSe entiende como
tales, las turbinas en las que el sentido de la proyeccin del
chorro de agua y el sentido de giro del rodete coincide, en el
punto de empuje o choque del agua sobre los labes del mismo (Fig.
1).
Fig. 1 Representacin esquemtica y smil del efecto de accin.
(Turbinas Pelton).
En el rodete, la velocidad de salida del agua es prcticamente
igual a la de entrada, por lo que, al no ser apreciables las
prdidas de carga, la potencia transmitida a ste es funcin
exclusivamente de la energa potencial o, lo que es lo mismo, del
salto existente. Por consiguiente, se deduce que la energa cintica,
originada por el desplazamiento del agua, es cedida ntegramente al
rodete.A esta clase de turbinas pertenecen las turbinas Pelton,
como ya se indic en el apartado correspondiente.Turbinas de
reaccinSe consideran como turbinas de reaccin, aquellas en las que
cada una de las lminas de fluido que se forman, despus de pasar el
agua a travs de las palas fijas y directrices, no se proyectan
hacia los labes del rodete de manera frontal, sino que, ms bien, se
trata de un deslizamiento sobre los mismos, de tal modo que el
sentido de giro del rodete no coincide con la direccin de entrada y
salida del agua (Fig. 2).
Fig. 2 Representacin esquemtica y smil del efecto de reaccin.
(Turbinas Francis, Kaplan y de hlice).
El agua, en su recorrido entre los labes del rodete cambia de
direccin, velocidad y presin. Todo ello, provoca una reaccin en el
rodete, dando origen a la potencia producida en la turbina, cuyo
valor, paradjicamente est en funcin de la carga perdida por el
lquido en su desplazamiento. Como ejemplos de turbinas de reaccin,
estn las Francis y Kaplan.Tratndose de turbinas grandes, las de
reaccin suelen ser de mayor rendimiento que las de accin,
ocurriendo lo contrario en el caso de turbinas pequeas. Ahora bien,
estableciendo la comparacin para una misma potencia e igual altura
de salto, una turbina de reaccin puede girar a mayor velocidad
especfica que una de accin, proporcionando mayor rendimiento la
primera.Se dan definiciones y clculos complejos, relacionados con
los conceptos de accin y reaccin, especialmente para este ltimo.
As, y dependiendo del tipo de turbina, se exponen distintas teoras
basadas; bien en la circulacin del fluido a travs de un conducto,
limitado por superficies curvas con secciones de entrada y salida
diferentes, caso de turbinas Francis lentas y normales; o en el
desplazamiento de las alas de un avin, para turbinas Francis
extrarrpidas, Kaplan y de hlice. Sobre tales teoras no vamos a
profundizar, por encontrarse fuera de los objetivos establecidos,
por lo que remitimos al lector a la consulta de tratados de
Hidrodinmica.La clasificacin de turbinas de accin y de reaccin,
denominaciones impropias para algunos autores, se sigue manteniendo
dada su amplia divulgacin a lo largo del tiempo. Podemos
identificar a las primeras, como turbinas en las que, cada chorro
de agua, tiene su superficie libre sometida a la presin atmosfrica
en su trayecto hacia el rodete, mientras que, en las segundas, el
agua llena por completo los conductos que forman los labes,
originndose variaciones de presin, de tal modo que esta, a la
entrada del rodete, es mayor que la presin atmosfrica, ocurriendo
lo contrario a la salida, debido a la actuacin del tubo de
aspiracin en el que, en su recorrido final, el agua alcanza el
valor de la presin atmosfrica. Razn de los nombres de turbinas de
presin y de sobrepresin.Turbinas radialesCorresponden a esta
clasificacin, las turbinas que reciben de forma radial, respecto al
eje, la proyeccin de los chorros de agua que inciden sobre los
labes del rodete.Conviene hacer la observacin de que tal proyeccin,
puede ser centrpeta o centrfuga, segn que los chorros de agua se
acerquen o se alejen del eje de la turbina.A esta clasificacin
pertenecen determinados tipos de turbinas Francis de velocidad
especfica muy lenta, o instaladas con el eje en posicin horizontal.
Siempre que se trata de turbinas Francis, la proyeccin es
centrpeta.Turbinas axialesSe incluyen en esta clasificacin, las
turbinas en las que la direccin de la proyeccin de los chorros de
agua, sobre los labes del rodete es paralela al eje de rotacin. Tal
es el caso de las turbinas de hlice y Kaplan.Turbinas
radiales-axialesReciben esta denominacin, las turbinas en las que
la incidencia de las masas de agua, hacia el rodete, se inicia en
direccin radial, cambiando, posteriormente, a una direccin paralela
al eje, como resultado del desplazamiento del fluido a travs de los
labes de aquel. Tambin son conocidas comoturbinas mixtas.Un ejemplo
claro, perteneciente a esta clasificacin, lo constituyen la mayora
de las turbinas Francis de eje vertical.Turbinas tangencialesSe
pueden considerar como una variante de las turbinas radiales de
modo que la proyeccin del chorro de agua, contra el rodete, es
tangencial o casi tangencial sobre la periferia del mismo.Las
turbinas Pelton, son un ejemplo patente de turbinas tangenciales
segn se explic oportunamente.Turbinas de cmara cerradaNormalmente
las turbinas Francis y Kaplan, cuya alimentacin se hace,
generalmente, por medio de conduccin cerrada o tubera forzada,
llevan unida a sta la cmara que conduce al agua alrededor del
distribuidor, llenando todas las aberturas de paso hacia el rodete.
Dichas cmaras adoptan diversas formas y secciones, siendo la ms
comn la cmara espiral de seccin circular, pudiendo tratarse tambin
de secciones trapeciales, etc.
Fig. 3 Cmara cerrada de seccin trapecial para una turbina Kaplan
de eje vertical. Distintas secciones de cmaras cerradas.
Los tipos de turbinas Francis, Kaplan y de hlice, dentro de las
cmaras cerradas, las patas fijas pueden adoptar tambin una posicin
inclinada, formando las generatrices de stas un cono imaginario
cuyo vrtice se encuentra situado hacia arriba, sobre el eje del
grupo.Anlogamente pueden tomar posiciones semejantes los ejes de
las palas directrices del distribuidor, dando origen a los
denominados distribuidores cnicos, los cuales, por las
caractersticas mencionadas, se diferencian de los distribuidores
clsicos descritos hasta el momento a los que se conocen como
distribuidores cilndricos, en los que los ejes de las palas mviles
son paralelos al eje de la turbina.
Fig. 4 Distribuidor cnico. Detalle del accionamiento de las
palas directrices.
Turbinas de cmara abiertaCorresponden a esta clasificacin,
aquellas turbinas instaladas en saltos de muy poca altura,
dispuestas de tal forma que el rodete est sumergido en canales o
depsitos que, prcticamente, son prolongacin de la toma de agua
hacia la turbina.Tal disposicin es propia de turbinas Francis,
tanto de eje vertical como horizontal, adaptadas a dichas
caractersticas de salto (Fig. 5 y 6).
Fig. 5 Turbina Francis de eje vertical en cmara abierta.Fig. 6
Turbina Francis en eje horizontal en cmara abierta.
Turbinas reversiblesCon tal denominacin, o la deturbinas-bombas,
se identifican las mquinas hidrulicas que realizan,
alternativamente segn necesidades, la misin de funcionar bien como
turbinas o como bombas centrfugas.para distinguir las diferencias
ms significativas entre los grupos dotados con turbinas reversibles
y aquellos otros que disponen de turbina y bomba, ambas mquinas
separadas y perfectamente identificadas, tanto en sus diseos como
en las funciones ejercidas.En los primeros, el sentido de rotacin
del eje es distinto, segn sea la funcin asignada. Para los
segundos, el sentido de giro es siempre el mismo, cualquiera que
sea la misin encomendada.En ambos casos, el elemento elctrico
funciona, obviamente, como generador cuando ha de producir energa
elctrica, pasando a ejercer el cometido de motor elctrico sncrono,
cuando el grupo se destina a bombear. Previamente ha de llevarse a
efecto una serie de maniobras, tanto elctricas como hidrulicas, de
acuerdo con las caractersticas de cada instalacin. En grupos con
turbina reversible, se tiene que hacer el oportuno cambio de fases,
a fin de conseguir el sentido de giro adecuado a cada
situacin.Cuando las presiones y velocidades de las masas lquidas a
impulsar son elevadas, se utilizan, preferentemente, los grupos con
la bomba independiente de la turbina.La puesta en servicio de los
grupos con turbina reversible, para realizar la funcin de bombeo,
se puede llevar a cabo por uno de los procedimientos
siguientes:arranque directo,arranque espalda-espalda(back-to-back),
oarranque con motor auxiliar(pony-motor). La aplicacin de ceda uno
de ellos, depender de las posibilidades de cada central.Arranque
directo.Con el paso de agua cerrado, esencialmente por medio del
distribuidor se conecta directamente el grupo a la red, arrancando
como motor. Una vez alcanzada la velocidad normal, se abre el paso
de agua.Tiene el inconveniente, al inicio del arranque, de crearse
elevados valores de intensidad, perjudiciales para los devanados
por los esfuerzos que han de soportar.
Arranque espalda-espalda.Mediante este sistema, se evitan los
problemas de sobreintensidad al conectar entre si, a travs de una
lnea aislada de la red durante el proceso, un grupo generador con
el de bombeo, estando ambos parados. Se arranca el generador y, a
medida que se excita, simultneamente comienza a girar el grupo de
bombeo aumentando sus revoluciones.Conseguido el funcionamiento
correcto de ambos grupos, el conjunto se acopla a la red, se abre
el conducto de admisin y se desacopla el grupo generador, dejndose
nuevamente aislada la lnea que sirvi de enlace quedando dispuesta
para el arranque de otro grupo de bombeo si procede.El grupo que
acta como generador, puede pertenecer a la misma instalacin que el
de bombeo o a otra central prxima. Determinadas instalaciones
disponen de un grupo convertidor de arranque.Arranque con motor
auxiliar.El arranque se efecta con un motor asncrono, instalado en
el mismo eje del grupo. Este motor auxiliar, de potencia suficiente
(8 % aproximadamente de la del generador actuando como motor
principal), aporta la velocidad necesaria al grupo, facilitando la
operacin de acoplamiento a la red. Posteriormente se abren los
circuitos de agua y se desconecta el motor auxiliar.Para reducir
los esfuerzos necesarios durante el arranque, ante la presencia de
grandes masas de agua, se suele recurrir a la operacin
dedesanegado, en la que, por inyeccin de aire comprimido, se
expulsa el agua del rodete. Previamente se cierra el paso del agua,
principalmente con el distribuidor, estando abiertas las vlvulas y
compuertas del conducto de impulsin (tubera forzada). Finalizado el
arranque, cesa la aportacin de aire y se abre el paso de agua
inicindose el bombeo.Respecto al funcionamiento de un grupo
compuesto por turbina y bomba, independientes entre s, hemos de
considerar dos facetas: Si se trata de la puesta en servicio como
grupo generador, a bomba se encuentra aislada, tanto hidrulica como
mecnicamente, por medo del cierre de las vlvulas correspondientes y
del desacoplamiento del eje del grupo. Cuando ha de ejercer la
funcin de grupo de bombeo, y una vez que est acoplada la bomba al
eje, se procede al lanzamiento del conjunto mediante la turbina (de
tipo Pelton o Francis), a fin de vencer la inercia de las masas
giratorias, hasta proceder a la conexin del motor sncrono a la red
general. Cuando se alcanza la velocidad normal, se realizan
secuencialmente las maniobras hidrulicas de aislamiento de la
turbina y llenado de la bomba. En el caso de turbinas Francis ha de
procederse al desanegado del rodete, durante todo el tiempo de
actuacin de la bomba, para evitar rozamientos y prdidas de
rendimiento en el grupo.TURBINAS PELTONLas turbinas Pelton, se
conocen como turbinas de presin por ser sta constante en la zona
del rodete, de chorro libre, de impulsin, o de admisin parcial por
ser atacada por el agua slo una parte de la periferia del rodete.
As mismo entran en la clasificacin de turbinastangencialesy
turbinas deaccin, conceptos que analizaremos a su debido tiempo.Su
utilizacin es idnea en saltos de gran altura (alrededor de 200 m y
mayores), y caudales relativamente pequeos (hasta 10 m3/s
aproximadamente).Por razones hidroneumticas, y por sencillez de
construccin, son de buen rendimiento para amplios mrgenes de caudal
(entre 30 % y 100 % del caudal mximo). Por ello se colocan pocas
unidades en cada central que requiere turbinas de estas
caractersticas.Pueden ser instaladas con el eje en posicin vertical
u horizontal, siendo esta ltima disposicin la ms adecuada, la cual
nos servir de referencia para hacer las descripciones
necesarias.Componentes de una turbina PeltonLos componentes
esenciales de una turbina Pelton, enumerados, dentro de lo posible
y cuando corresponda, siguiendo la trayectoria del agua a travs de
la misma son (Fig. 7).
Fig. 7 Componentes de una turbina Pelton de eje horizontal, con
dos equipos de inyeccin.
A continuacin hacemos una amplia descripcin de cada uno de
ellos.
La turbina se compone de tres partes principales: El cuerpo del
rotor, que contiene las coronas giratorias de alabes. La carcasa,
conteniendo las coronas fijas de toberas. Alabes.Adems, tiene una
serie de elementos estructurales, mecnicos y auxiliares, como son
cojinetes, vlvulas de regulacin, sistema de lubricacin, sistema de
refrigeracin, virador, sistema de control, sistema de extraccin de
vahos, de aceite de control y sistema de sellado del vapor.El
rotor:El rotor de una turbina de accin es de acero fundido con
ciertas cantidades de Niquel o cromo para darle tenacidad al rotor,
y es de dimetro aproximadamente uniforme. Normalmente las ruedas
donde se colocan los alabes se acoplan en caliente al rotor. Tambin
se pueden fabricar haciendo de una sola pieza forjada al rotor,
maquinando las ranuras necesarias para colocar los alabes.Los
alabes se realizan de aceros inoxidables, aleaciones de
cromo-hierro, con las curvaturas de diseo segn los ngulos de salida
de vapor y las velocidades necesarias. Son criticas las ultimas
etapas por la posibilidad de existencia de partculas de agua que
erosionaran a los alabes. Por ello se fija una cinta de metal
satlite soldado con soldadura de plata en el borde de ataque de
cada alabe para retardar la erosin.La carcasa:La carcasa se divide
en dos partes: la parte inferior, unida a la bancada y la parte
superior, desmontable para el acceso al rotor. Ambas contienen las
coronas fijas de toberas o alabes fijos. Las carcasas se realizan
de hierro, acero o de aleaciones de este, dependiendo de la
temperatura de trabajo, obviamente las partes de la carcasa de la
parte de alta presin son de materiales mas resistentes que en la
parte del escape. La humedad mxima debe ser de un 10% para las
ltimas etapas.Normalmente se encuentra recubierta por una manta
aislante que disminuye la radiacin de calor al exterior, evitando
que el vapor se enfre y pierda energa disminuyendo el rendimiento
de la turbina. Esta manta aislante suele estar recubierta de una
tela impermeable que evita su degradacin y permite desmontarla con
mayor facilidad.Alabes:Los alabes fijos y mviles se colocan en
ranuras alrededor del rotor y carcasa. Los alabes se pueden
asegurar solos o en grupos, fijndolos a su posicin por medio de un
pequeo seguro, en forma perno, o mediante remaches. Los extremos de
los alabes se fijan en un anillo donde se remachan, y los mas
largos a menudo se amarran entre si con alambres o barras en uno o
dos lugares intermedios, para darles rigidez.Vlvula de
regulacin:Regula el caudal de entrada a la turbina, siendo de los
elementos mas importantes de la turbina de vapor. Es accionada
hidrulicamente con la ayuda de un grupo de presin de aceite (aceite
de control) o neumticamente. Forma parte de dos lazos de control:
el lazo que controla la velocidad de la turbina y el lazo que
controla la carga o potencia de la turbina.Cojinetes de apoyo, de
bancada o radiales:Sobre ellos gira el rotor. Suelen ser de un
material blando, y recubiertos de una capa lubricante que disminuya
la friccin. Son elementos de desgaste, que deben ser sustituidos
peridicamente, bien con una frecuencia establecida si su coste es
bajo respecto de su produccin, o bien por observacin de su
superficie y cambio cuando se encuentren en un estado
deficiente.Cojinete de empuje o axial:El cojinete axial, o de
empuje impide el desplazamiento del rotor en la direccin del eje,
Evitando el empuje axial que sufre el eje por el efecto del vapor
repercuta en el reductor, dandolo seriamente. No se encuentra en
contacto con el eje si no que hace tope con un disco que forma
parte solidaria con el eje.El cojinete esta construido en un
material blando y recubierto por una capa de material que disminuya
la friccin entre el disco y el cojinete. Adems, debe encontrarse
convenientemente lubricado.Para comprobar el estado de ese
cojinete, ademas de la medida de la temperatura y de las
vibraciones del eje, se mide de forma constante el desplazamiento
axial. Si se excede el limite permitido, el sistema de control
provoca la parada de la turbina o impide que esta complete su
puesta en marcha.
Sistema de lubricacin:Proporciona el fluido lubricante,
generalmente aceite. Para asegurar la circulacion del aceite en
todo momento el sistema suele estar equipado con tres bombas: Bomba
mecnica principal: Esta acoplada al eje de la turbina, de forma que
siempre que este girando la turbina esta girando la bomba,
asegurndose as la presin de bombeo mejor que con una bomba
elctrica. No obstante, en los arranques esta bomba no da presin
suficiente, por lo que es necesario que el equipo tenga al menos
una bomba adicional Bomba auxiliar: Se utiliza exclusivamente en
los arranques, y sirve para asegurar la correcta presin de aceite
hasta que la bomba mecnica puede realizar este servicio. Se conecta
antes del arranque de la turbina y se desconecta a unas
revoluciones determinadas durante el arranque, cambindose
automticamente de la bomba auxiliar a la bomba principal. Tambin se
conecta durante las paradas de la turbina. Bomba de emergencia: Si
se produce un problema de suministro elctrico en la planta, esta
queda sin tensin, durante la parada habra un momento en que las
turbina se quedara sin lubricacin, ya que la bomba auxiliar no
tendra tensin. Para evitar este problema, las turbinas suelen ir
equipadas con una bomba de emergencia que funciona con corriente
continua proveniente de un sistema de baterias.Sistema de extraccin
de vahos:El deposito de aceite suele estar a presin inferior a la
atmosfrica para facilitar la extraccin de vapores de aceite y
dificultar una posible fuga de aceite al exterior. Para conseguir
este vaco, el sistema de lubricacin suele ir equipado con un
extractor.Sistema de refrigeracin de aceite:El aceite en su
recorrido de lubricacin se calienta modificando su viscosidad, y
por tanto, sus caractersticas lubricantes, llegando a degradarse si
el calor es excesivo. Para evitarlo, el sistema de lubricacin
dispone de unos intercambiadores que enfran el aceite, estos
intercambiadores pueden ser aire-aceite, de forma que el calor del
aceite se evacua a la atmsfera, o agua-aceite, de forma que el
calor se transfiere al circuito cerrado de refrigeracin con agua de
la planta.Sistema de aceite de control:Cuando la vlvula de
regulacin se acciona oleohidraulicamente el conjunto de turbina va
equipado con un grupo de presin para el circuito de aceite de
control. Este, debe mantener la presin normalmente entre los 50 y
los 200 bares de presin hidrulica. El sistema de control gobierna
la vlvula de salida del grupo, que hace llegar al aceite hasta la
vlvula de regulacin de entrada de vapor con la presin
adecuada.Sistema de sellado de vapor:Las turbinas de vapor estn
equipadas con sellos de carbn, que se ajustan al eje, y/o con
laberintos de vapor. Con esto se consigue evitar que el vapor salga
a la atmsfera y disminuyan la eficiencia trmica de la
turbina.Virador:El sistema virador consiste en un motor elctrico o
hidrulico (normalmente el segundo) que hace girar lentamente la
turbina cuando no esta en funcionamiento. Esto evita que el rotor
se curve, debido a su propio peso o por expansin trmica, en parada.
La velocidad de este sistema es muy baja (varios minutos para
completar un giro completo de turbina), pero se vuelve esencial
para asegurar la correcta rectitud del rotor. Si por alguna razn
este sistema se detiene (avera del rotor, avera de la turbina,
inspeccin interna con desmontaje) es necesario asegurar que, antes
de arrancar, estar girando varias horas con el sistema
virador.Compensador:Es el elemento de unin entre la salida de la
turbina y el resto de la instalacin (generalmente las tuberas que
conducen al condensador o el propio condensador). Ya que la carcasa
de la turbina sufre grandes cambios de temperatura, este elemento
de unin es imprescindible para controlar y amortiguar el efecto de
dilataciones y contracciones.