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TURBINAS KAPLAN.

Componentes de una turbina Kaplan.
Rodete de una turbina Kaplan.

Al igual que las turbinas Francis, las de tipo Kaplan, son turbinas de admisión total, incluidas así mismo en la clasificación de turbinas de reacción. Las características constructivas y de funcionamiento, son muy similares entre ambos tipos.

Se emplean en saltos de pequeña altura (alrededor de 50 m. y menores), con caudales medios y grandes (aproximadamente de 15 m3/s en adelante).

Debido a su singular diseño, permiten desarrollar elevadas velocidades específicas, obteniéndose buenos rendimientos, incluso dentro de extensos límites de variación de caudal. A igualdad de potencia, las turbinas Kaplan son menos voluminosas que las turbinas Francis.

Normalmente se instalan con el eje en posición vertical, si bien se prestan para ser colocadas de forma horizontal o inclinada


Fig. 43 – Turbina Kaplan de eje vertical.

Un montaje característico de este tipo de turbinas, conjuntamente con el alternador, constituye los llamados grupos-bulbo, propios de las centrales mareomotrices; o los grupos-pozo, utilizados para el máximo aprovechamiento de las corrientes de agua con muy poco salto. En ambas disposiciones, la cámara y el tubo de aspiración constituyen un solo conducto, pudiendo estar situado el eje del grupo en posición horizontal o inclinada

Componentes de una turbina Kaplan.



Dado el gran parecido con las turbinas Francis, no vamos a insistir sobre aquellos componentes que tienen la misma función y similares características. Tal ocurre con los elementos siguientes

- Cámara espiral. Metálica o de hormigón, de secciones apropiadas.
- Distribuidor.
- Tubo de aspiración.
- Eje.
- Equipo de sellado del eje de turbina.
- Cojinete guía de turbina.
- Cojinete de empuje. Normalmente formando conjunto con el anterior.


Nos centraremos en el elemento que difiere plenamente entre ambos tipos de turbinas, el rodete, el cual identifica a la turbina Kaplan como tal, permitiendo la obtención de rendimientos óptimos, incluso con valores de 30% del caudal máximo.

Rodete de una turbina Kaplan.



Se asemeja a la hélice de un barco, al estar formado por un numero determinado de palas, de 2 a 4 para saltos de pequeña altura y de 5 e 9 cuando los saltos son mayores, dentro del campo de aplicación de las turbinas Kaplan.

Hemos de hacer constar que si las palas mencionadas mantienen una inclinación fija, por estar rígidamente unidas al núcleo del rodete, formando pieza única en un mismo bloque, por fundición, soldadura o acoplamiento mecánico, la turbina recibe el nombre de turbina de hélice, cuya instalación es recomendable en centrales que funcionan con salto y caudal casi constante y las cargas no sufren grandes variaciones. Se recurre al procedimiento de acoplamiento mecánico, cuando las palas han de colocarse con la inclinación correcta en función de tas pruebas hidráulicas que se realicen durante el montaje, o por preverse su posible adaptación a nuevas condiciones de salto, caudales, etc.

Solamente se denominan turbinas Kaplan, cuando todas y cada una de las palas del rodete están dotadas de libertad de movimiento, pudiendo orientarse, dentro de ciertos límites, girando al unísono y uniformemente sobre sus asientos respectivos situados en el núcleo, llamado también cubo del rodete, según ejes radiales del eje de turbina, adoptando posiciones de mayor o menor inclinación respecto a este último, según órdenes recibidas del regulador de velocidad (Fig. 47 y 48).


Fig. 47 – Núcleo o cubo del rodete de una turbina Kaplan.

Tanto los rodetes de hélice como los Kaplan, se construyen a base de aleaciones especiales, tendiéndose, en la actualidad, al empleo del acero inoxidable, pues si bien su precio inicial puede ser elevado, queda amortizado, a lo largo del tiempo, al disminuir las reparaciones del deterioro ocasionado por los efectos nocivos ya menciona dos de cavitación. etc.

No olvidemos que, para la reparación de una máquina, además del costo de materiales y equipos a utilizar, horas / hombre, etc., han de tenerse en cuenta las horas que habrá de estar parada, lo que repercute en el rendimiento económico del conjunto de la instalación.


Fig. 48 – Rodete de turbina Kaplan.
Por tales consideraciones, para la mayoría de los rodetes de cualquier tipo, hoy día se usa el acero inoxidable, aleación formada por hierro, cromo, níquel y carbono como principales componentes y, en menor porcentaje, silicio molibdeno, cobre, tungsteno (volframio) y otros.

Las turbinas Kaplan se conocen también como turbinas de doble regulación, por intervenir el proceso, al unísono, tanto sobre las palas del distribuidor, como sobre las del rodete, en base a una correspondencia o ley de conjugación entre posiciones de palas del rodete respecto de las del distribuidor, dependiendo de las condiciones de carga y del salto existente. Con este procedimiento se consiguen elevados rendimientos, incluso para cargas bajas y variables, así como en el caso de fluctuaciones importantes del caudal.

Las palas directrices del distribuidor, se gobiernan de forma análoga a como se realiza en las turbinas Francis. En algunos tipos muy avanzados de turbinas Kaplan, se ha llegado a prescindir del distribuidor, actuando la regulación solamente sobre las palas del rodete.

Para lograr el control adecuado de las palas del rodete, tanto el núcleo de éste, como el eje de turbina, permiten alojar y pasar respectivamente por su interior los distintos dispositivos mecánicos, tales como servomotores, palancas, bielas, etc., destinados a dicho fin.

Se distinguen tres sistemas de gobierno de las palas del rodete, dependiendo de la situación del servomotor de accionamiento de las mismas sobre distintas zonas del eje del grupo. Así tenemos:


Fig. 49 – Accionamiento de las palas del rodete de una turbina Kaplan mediante servomotor intermedio. Detalle de mecanismo.

Fig. 50 – Mecanismos de accionamiento de las palas del rodete de una turbina Kaplan, con servomotor en núcleo.

Servomotor en cabeza.

El servomotor está instalado en el extremo superior del eje, en la zona del alternador

Servomotor intermedio.

En este caso está situado en la zona de acoplamiento de los ejes de la turbina y del alternador (Fig. 49).

Servomotor en núcleo.

Está alojado en el propio núcleo del rodete (Fig. 50).

Modernamente se tiende al empleo de este sistema, con el cual se reducen las dimensiones y el número de determinados elementos mecánicos que, en otros sistemas, realizan la interconexión entre el servomotor y los ejes de las palas del rodete.

En el segundo y tercer sistema, los enlaces de aceite, entre regulador y servomotor, se realizan mediante conductos concéntricos dispuestos en el interior del eje del grupo.

Existen turbinas en las que, las palas del rodete, se pueden orientar con mecanismos accionados por motor eléctrico y reductor de velocidad, colocados en el interior del eje. En la periferia de éste, se llevan a efecto las conexiones eléctricas, situando convenientemente anillos colectores y escobillas.

En los rodetes Kaplan, el interior del núcleo está lleno de aceite, a fin de producir la estanqueidad necesaria que evite el paso de agua, a través de los ejes de las palas.

Tanto en el caso de turbinas de hélice como Kaplan, las palas del rodete están situadas a un nivel más bajo que el distribuidor, de modo que la corriente de agua que fluye por éste, incide sobre dichas palas en su parte posterior, en dirección paralela al eje de la turbina (Fig. 51).


Fig. 51 – Incidencia del agua sobre las palas del rodete en turbinas Kaplan o de hélice.

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