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Turbinas hidráulicas

Durante la revolución industrial, el incremento de la demanda energética de la industria encontró en las turbinas hidráulicas una solución, por lo cual a partir del siglo XIX empezaron a construirse en forma masiva hasta nuestros días.

El incremento vertiginoso en la construcción de estas máquinas acumuló una gran cantidad de experiencia, y la consecuente competencia de las compañías constructoras obligó a la optimización en los diseños de las turbinas, dando lugar, por ejemplo, a la desaparición de las turbinas centrífugas y al establecimiento de las turbinas centrípetas. Así los modelos de turbinas hidráulicas que existen en la actualidad son el resultado de un largo proceso de selección histórica, en el que ciertas turbinas con una particular geometría han resultado ser aquellas que optimizan el rendimiento para ciertas condiciones de operación.

  
01 Clasificación y ecuación fundamental 
Introducción
Clasificación
Ruedas hidráulicas
Turbinas hidráulicas
Descripción sumaria de los principales tipos de turbinas
Estudio general de las turbinas hidráulicas
Movimiento del agua
Pérdidas de carga en la turbina de reacción
Diagrama de presiones
Diagrama de presiones en la turbina de reacción
Diagrama de presiones en la turbina de acción
Fuerza que ejerce el agua a su paso entre los álabes
Coeficientes óptimos de velocidad
Grado de reacción
Ecuación fundamental de las turbinas, rendimientos y potencias
Numero de revoluciones del rodete
Rendimientos hidráulico, volumétrico, orgánico y global
Caudal
Velocidades sincrónica y de embalamiento

  
02 Salto neto, semejanza y colina de rendimientos 
Concepto de salto en turbinas hidráulicas
Medida del salto neto en la turbina de reacción
Medida del salto efectivo en la turbina de reacción
Semejanza de turbinas hidráulicas
Relaciones de semejanza
Velocidad específica
Número de revoluciones específico
Velocidad específica para varios rodetes iguales que trabajan bajo un mismo salto, a n rpm
Variación de las características de la turbina al variar el salto
Características de las turbinas: caudal, par motor y potencia
Curvas en colina
Curvas de rendimientos para Hn y n constantes, en función del caudal y de la potencia
Concepto de turbina unidad
Curvas características de la turbina unidad
  
03 Turbinas Pelton 
Funcionamiento
Regulación
Salto neto
Triángulos de velocidades
Relación entre el diámetro de la rueda, el del chorro, y el nº esp. de rev., para la turbina de un inyector
Cazoletas
Fuerzas que actúan sobre las cazoletas
Curvas características con salto constante, de caudal, potencia, par motor y rendimiento
Turbina Pelton unidad
Semejanza, caudal, par motor, potencia, velocidad específica
Colina de rendimientos
Régimen transitorio
Ejemplo de transitorios
  
04 Turbinas Francis 
Clasificación según el rodete
Triángulos de velocidades
Velocidad específica en función de las características de la turbina
Relaciones entre diversos parámetros de diseño
Relación entre el diámetro a la salida, n y Q; fórmula de Ahlfors
Relación entre la velocidad periférica a la salida y la velocidad especifica
Relación entre la velocidad específica y coeficientes óptimos de velocidad
Relación entre la altura neta y la velocidad específica
Cámara espiral
El distribuidor
Perfil de las directrices
Tubo de aspiración
Formas de realización de los difusores
Tubo de aspiración vertical
Ganancia de salto efectivo en el aspirador difusor
Rendimiento del aspirador-difusor
Altura del tubo de aspiración
Curvas de Rogers y Moody
Difusor acodado
Coeficiente de cavitación (Thoma)
Perfil del aspirador-difusor
Curvas características de las turbinas de reacción
Curva característica para n constante y apertura x del distribuidor fijo
Curvas características para n constante y apertura x del distribuidor variable
Rendimiento
Transformación de las c. c. de n = Cte, en curvas características de salto constante
Regulación de las turbinas de reacción
  
05 Turbinas Kaplan y Bulbo 
Introducción
Regulación de las turbinas
Mecanismo regulador de las turbinas Kaplan
Momento hidráulico
Teoría aerodinámico de las máquinas axiales
Parámetros de diseño del rodete Kaplan
Triángulos de velocidades y rendimiento manométrico
Ángulo de ataque
Cálculo del caudal
Expresión del par motor en función de la circulación
Cálculo de las pérdidas y del diámetro exterior del rodete
Curvas características de las turbinas Kaplan
Turbinas Bulbo
Posición del alternador
Los grupos Bulbo; proyectos y perspectivas
Trazado hidráulico de los grupos Bulbo
El tubo de aspiración
Conductos
Cavitación
Potencias específicas de los grupos Bulbo
Parámetros
  
06 Régimen transitorio en turboalternadores 
Equilibrio dinámico de grupos rotativos
Momento de inercia de un volante
Función del volante durante las variaciones de carga
Valor del PD2
  
07 Problemas 
Cálculo de fuerzas tangenciales, potencia desarrollada, par motor, rendimiento manométrico y global, salto neto, horas de funcionamiento ininterrumpido a caudal constante, capacidad de regulación del embalse, selección de turbina, diámetro de la rueda, triángulos de velocidades, coeficiente de reducción de velocidad, número de revoluciones específico, altura del tubo de aspiración

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