MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Definimos habitualmente mantenimiento como el conjunto de técnicas destinado a conservar equipos e instalaciones en servicio durante el mayor tiempo posible, buscando la más alta disponibilidad y con el máximo rendimiento. El mantenimiento industrial engloba las técnicas y sistemas que permiten prever las averías, efectuar revisiones, engrases y reparaciones eficaces, dando a la vez normas de buen funcionamiento a los operadores de las máquinas, a sus usuarios, y contribuyendo a los beneficios de la empresa. Es un órgano de estudio que busca lo más conveniente para las máquinas, tratando de alargar su vida útil de forma rentable para el usuario. 

Importancia del Mantenimiento

El mantenimiento es necesario en todos los establecimientos de la manufactura; porque las maquinarias colapsan, partes se despegan y los edificios se deterioran. Todos de muchos segmentos que constan de la empresa industrial requieren atención. En fabricas manufacturadoras, la organización de mantenimiento también se les dan puestos, cargos con responsabilidad de controlar y conservar el uso de energía. Muchas de las actividades son de naturaleza especializada que frecuentemente, que pueden hacer mas barata afuera de los contratistas. Las compañías también contratan con empresas de afuera para el mantenimiento de sus maquinarias. Todos los empleados pueden que le den la responsabilidad de mantener su área limpia de los materiales que se utilizan.

Organización de mantenimiento

No hay una organización de mantenimiento que sea mejor, que se pueda utilizar en todos casos. La organización debe ser entallada para que encajen con las situaciones involucradas personal. La naturaleza de la industria es, si acaso fuera primariamente eléctrico, químico, o mecánico, tendrá considerable influencia en la organización del mantenimiento. También el mantenimiento de la fábrica y la importancia de las actividades que se llevaran a cabo son significativo factores que afectaran a la organización. Centros comerciales de mantenimiento son necesarios porque en el lugar actual las reparaciones de los equipos usualmente impracticable. Una parte importante de la organización es la sección del programa. Esta sección es responsable por programar, planear y analizar el costo del día de mantener el negocio.

Economía de Mantenimiento

Como se indico al principio del capitulo, el mantenimiento es una actividad costosa. Cuando una maquina o polea no esta produciendo y el personal esta inactivo, el costo de la compañía es mayor y se reduce la producción significativamente. Aunque los métodos de mantenimiento son constantemente mejorando; el costo de mantener el equipo siguen subiendo, porque el nivel y el pago del mantenimiento del personal siguen mejorando y hay mas equipamiento para darle mantenimiento, y muchas fabricas están dispuestos a pagar precios mas altos para que la maquinaria parada vuelva a funcionar.

Políticas de Mantenimiento

Fundamentalmente la póliza de mantenimiento tiene que contestar preguntas del tamaño y extensión del mantenimiento del lugar. La producción de los supervisores naturalmente descaran tener empleados de mantenimiento suficientes para que todos los trabajos puedan ser realizados a última hora. Administración tiene que mirar al retrato grande y establecer pólizas que harán posible la finalización de mantenimiento necesario para el trabajo y a la misma vez, mantener el costo a un nivel razonable. 

Procedimiento y Mantenimiento de Trabajos Asignados

Muchas veces el trabajo del mantenimiento es iniciado por una fenecida llamada de un capataz de producción informando al departamento de mantenimiento que la maquinaria se rompió, la polea se rompió e otra cosa detuvo la producción. Usualmente estas llamadas resultan en acción inmediata en orden que la producción siga rodante de nuevo. Si el control es de ser mantenido de la actividad de mantenimiento, ningún trabajo debe ser realizado por ningún miembro de el departamento de mantenimiento sin una orden de trabajo. Una vez iniciado, el orden de trabajo de trabajo generalmente transferido a un archivo de la computadora, adonde puede se inicializado para mas adelante ser procesado. Las órdenes del trabajo usadas por este tipo de actividades continuo son preferidas a los órdenes de trabajo de manta. En la forma en que las asignaciones están hechas para el personal de mantenimiento será variado con el envolvimiento de embarcación y si el trabajo es de emergencia o de prioridad baja.

Control de Mantenimiento

Esencialmente consiste de papeleo y documentos. Documentos adecuados son necesarios para un programa de mantenimiento exitoso a pesar de cual sea el tamaño de la fábrica.

1.  Orden de trabajo: como fue indicado anteriormente, una orden de trabajo es usualmente requerida antes de que cualquier trabajo de mantenimiento se pueda comenzar.

2.     Hojas de itinerario

3.     Costo de materiales: los costos de mantenimiento son usualmente para rastrear loas materiales usadas y las horas de labor expedidas en cualquier trabajo.

4.     Control de Inventario: saber que cantidad de mercancía se esta vendiendo para así tener todos los artículos demandados en disponibilidad

5.     Costo de labor: las hora de labor expedidas  en todas las compañías de registran de manera distinta. Algunas compañías una maquinas especiales y otras  indican el día y las hora que trabajaron.

6.     Presupuesto

7.     Registro de equipos

Planificación y Programación Actividades de Mantenimientos

Quizás las dos más importantes funciones que se llevaran a cabo por cualquier organización de mantenimiento son: planificación y programación. No importa como se inicie una orden de mantenimiento, la implementación requiere de mucha planificación. Situaciones involucrando una emergencia como la reparación de una manga rota, será el resultado del comienzo de reparación del trabajo sin poco o ninguna planificación formal. A cambio, la mayoría de las actividades de mantenimiento es de naturaleza de no ser una emergencia. El tamaño y la organización de la planificación y programación del grupo dependería en el tamaño  y cual complicado sea la organización del mantenimiento. La programación del mantenimiento del trabajo consiste esencialmente en dos pasos: un plan magistral de todos los trabajos que se pueda predecir en avanzado y un ajuste diario del plan necesitado por una emergencia. En la mayoría de las fábricas hay un número de maquinarias y otros artículos de equipos que necesitan ser quitados de servicio periódicamente para inspección y revisión.

Sistema de manejo computarizado de mantenimiento

Este sistema puede iniciar un plan, itinerarios, ajustar y cerrar de órdenes de trabajo, incluyendo el seguimiento de material y labor gastado y el costo por  tiempo de inactividad y mucho más. En le área de registro de equipo, el sistema puede guardar grandes cantidades de información tal como descripciones, series de números y mas.  El historial es vital para la firma por que se puede tomar en cuenta al momento de hacer una nueva compra o reparar el articulo. En el área de personal el sistema puede archivar las horas de labor gastadas por mantenimiento  en una variedad de tareas asignadas en cada día.

Tipos de mantenimiento                       

• Mantenimiento Correctivo:  es la variedad de arreglos, el tipo más común que nosotros pensamos cuando hablamos de mantenimiento. El sentido de conservación viene a ser cuando es necesaria la reparación. La reparación esta hecha después de la orden de arreglo del equipo. Es otros casos el departamento de mantenimiento verifica dentro de la dificultad y hace los arreglos necesarios. Teóricamente si el departamento de mantenimiento solamente hace reparaciones correctivas cuando sean necesarias o cuando el equipo ya esta roto.

•  Mantenimiento preventivo: Este es todo lo contrario al mantenimiento correctivo. Se hace antes que el equipo necesite la reparación, para minimizar la posibilidad de que ocurran atrasos en la producción. Este mantenimiento consta de: un diseño e instalación del equipo, inspección periódica de la planta y equipo para evitar las roturas, servicio repetitivo, mantenimiento, la revisión del equipo y la limpieza, lubricación y pintura adecuada del edificio y equipos.

• Mantenimiento predictivo: es uno de los mantenimientos mas nuevos en la industria. Este mantenimiento involucra instrumentos muy sensitivos para predecir problemas con algún equipo o maquina. Equipos muy críticos son monitoreados periódicamente o continuamente. 

Sistema de Diagnostico de Mantenimiento

El propósito de esto sistemas es decaer y localizar variaciones inaceptables, problemas de comunicación y dirige al técnico de operaciones o conservación rápidamente a la fuente del problema. Cuando operaciones de compañías son grandes, estos sistemas juntamente describen o dan menos complicaciones operacionales, y  diagnósticos de maquinaria. Estos sistemas guardan información e historial de los funcionamiento de las maquinas.

Nivel Óptimo

El mantenimiento de las organizaciones es a menudo encarado con decisiones difíciles en la determinación del nivel de operación de mantenimiento preventivo o predictivo para saber cual de ellos necesita. En un extremo, la no prevención puede dirigir a costos prohibidos de reparación o tiempo de inactividad. El departamento de mantenimiento no correrá todas sus maquinas hasta que se rompan, en su lugar se implementan  algunas medidas de prevención  usualmente.

REDUCTOR DE VELOCIDAD.

                               INTRODUCCIÓN

Casi podría decirse que los motores son como el "corazón de la industria". Pero ese corazón tiene diferentes ritmos y funciona a distintas velocidades, dependiendo del uso que se le quiera dar. Por eso los reductores de velocidad son indispensables en todas las industrias del país, desde los que producen cemento hasta los laboratorios de medicamentos requieren en sus máquinas estos mecanismos.

Los reductores son diseñados a base de engranajes, mecanismos circulares y dentados con geometrías especiales de acuerdo con su tamaño y la función en cada motor. Sin la correcta fabricación de los motorreductores, las máquinas pueden presentar fallas y deficiencias en su funcionamiento. La presencia de ruidos y recalentamientos pueden ser aspectos que dependan de estos mecanismos, de allí la importancia del control de calidad. El desarrollo de esta máquina y del sistema inteligente de medición le permite a las empresas ser mucho más competitivas y aumentar sus conocimientos.En pocas palabras los reductores son sistemas de engranajes que permiten que los motores eléctricos funcionen a diferentes velocidades para los que fueron diseñados.

Rara vez las máquinas funcionan de acuerdo con las velocidades que les ofrece el motor, por ejemplo, a 1.800, 1.600 o 3.600 revoluciones por minuto. La función de un motorreductor  es disminuir esta velocidad a los motores (50, 60, 100 rpm) y permitir el eficiente funcionamiento de las máquinas, agregándole por otro lado potencia y fuerza.

REDUCTOR DE VELOCIDAD

Los Reductores ó Motorreductores son apropiados para el accionamiento de toda clase de máquinas y aparatos de uso industrial, que necesitan reducir su velocidad en una forma segura y eficiente.

Las transmisiones de fuerza por correa, cadena o trenes de engranajes que aún se usan para la reducción de velocidad presentan ciertos inconvenientes.

Al emplear REDUCTORES O MOTORREDUCTORES se obtiene una serie de beneficios sobre estas otras formas de reducción. Algunos de estos beneficios son:

· Una regularidad perfecta tanto en la velocidad como en la potencia transmitida.

· Una mayor eficiencia en la transmisión de la potencia suministrada por el motor.

· Mayor seguridad en la transmisión, reduciendo los costos en el mantenimiento.

· Menor espacio requerido y mayor rigidez en el montaje.

· Menor tiempo requerido para su instalación.

Los motorreductores se suministran normalmente acoplando a la unidad reductora un motor eléctrico normalizado asincrónico tipo jaula de ardilla, totalmente cerrado y refrigerado por ventilador para conectar a redes trifásicas de 220/440 voltios y 60 Hz.

Para proteger eléctricamente el motor es indispensable colocar en la instalación de todo Motorreductor un guarda motor que limite la intensidad y un relé térmico de sobrecarga. Los valores de las corrientes nominales están grabados en las placas de identificación del motor.

Normalmente los motores empleados responden a la clase de protección IP−44 (Según DIN 40050). Bajo pedido se puede mejorar la clase de protección en los motores y unidades de reducción.

CARACTERÍSTICAS DEL REDUCTOR − TAMAÑO

• Potencia, en HP, de entrada y de salida.
• Velocidad, en RPM, de entrada y de salida.
• PAR (o torque), a la salida del mismo, en KG/m.
• Relación de reducción: índice que detalla la relación entre las RPM de entrada y salida.

CARACTERÍSTICAS DEL TRABAJO A REALIZAR

• Tipo de máquina motriz.
• Tipos de acoplamiento entre máquina motriz, reductor y salida de carga.
• Carga: uniforme, discontinua, con choque, con embrague, etc.
• Duración de servicio: horas/día. 
• Nº de Arranques/hora.

TIPOS DE REDUCTORES

• Engranajes rectos: Tienen forma cilíndrica y funcionan sobre ejes paralelos. Los dientes son rectos y paralelos a los ejes.

• Cremallera recta: Un engranaje recto que tiene dientes rectos los cuales forman ángulos rectos con la dirección del movimiento.

• Engranes helicoidales: Un engranaje helicoidal de forma cilíndrica y dientes helicoidales. Los engranajes helicoidales paralelos operan sobre ejes paralelos y, cuando ambos son externos, las hélices tienen sentido contrario.

• Engranes con dientes helicoidales angulares: Cada uno de ellos tienen dientes helicoidales con hélice hacia la derecha y hacia la izquierda, y operan sobre ejes paralelos. Estos engranajes también se conocen como de espinas de pescado.

• Engranes con hélices cruzadas: Estos engranajes operan sobre ejes cruzados y pueden tener dientes con el mismo sentido o con sentido opuesto. El término de engranajes de hélices cruzadas ha reemplazado el antiguo de engranaje en espiral.

• Engranes de tornillo sin fin: Es el engranaje que se acopla a un tomillo sin fin. Se dice que un engranaje de un tomillo sin fin que se acopla a un tomillo de este tipo cilíndrico es de una sola envolvente.

• Engranes con tomillo sin fin cilíndrico: Es una forma de engranaje helicoidal que se acopla a un engranaje de tornillo sin fin.

• Engranes de tornillo sin fin de doble envolvente: Este comprende tornillos albardillados sin fin, acoplado a un engranaje de tomillo sin fin.

• Engranes cónicos: Tienen forma cónica y operan sobre ejes que se interceptan y forman por lo común ángulos rectos.

• Engranes cónicos rectos: Estos engranajes tienen elementos rectos de los dientes los cuales si se prolongaran, pasarían por el punto de intersección de los ejes.

• Engranes cónico helicoidales: Tienen dientes curvos y oblicuos.

• Engranes hipoides: Semejantes, en su forma general, a los engranajes cónicos. ; los engranajes hipoides operan sobre ejes que no se interceptan.

VENTAJAS

Las transmisiones de engranajes encerrados vendidas por los fabricantes ofrecen varias ventajas sobre los dispositivos abiertos de transmisión de potencia:

• Seguridad, protección contra las partes móviles.
• Retención del lubricante.
• Protección contra el medio ambiente.
• Economía de la fabricación en cantidades grandes.

Tipos y características

Las transmisiones de engranajes encerrados se clasifican generalmente por el tipo principal de engranaje utilizado. Pueden tener un solo juego de engranajes, o bien engranajes adicionales del mismo tipo, o de tipos diferentes, para formar reducciones múltiples.

Montaje

Las transmisiones basándose en engranajes pueden diseñarse para su montaje en una base, en bridas o en el árbol. En el último tipo se utiliza un eje de salida hueco para el montaje directo sobre el árbol impulsor. Se necesita un brazo de reacción, o un dispositivo similar, para asegurar que la unidad no gire.

Motores con engranaje reductor

Un motor de este tipo es una unidad motriz integral que incorpora un motor eléctrico y un reductor a base de engranajes, de manera que el armazón de uno soporte el del otro, ángulos diseños utilizan motores con extremos especiales en los árboles y montaje, o bien sólo éstos, en tanto que otros se adaptan a los motores estándar.

Velocidad normal comparada con las altas velocidades

Las normas AGMA (American Gear Manufacturers Association) para transmisiones de engranajes enconados que se utilizan para el servicio industrial en general, limitan la velocidad de entrada a 3600 rpm. Se impone una limitación adicional: 5000 pie/min como velocidad de la línea de paso en las unidades con engranajes helicoidales y cónicos, y una velocidad de deslizamiento de 6000 pie/min para los engranajes cilíndricos de tomillo sin fin. Por encima de estos límites deben considerarse con especial cuidado aspectos como la calidad del engranaje, la lubricación, el enfriamiento, los cojinetes, etc.

Instalación

La gran variedad de tipos y tamaños de los engranajes y de las transmisiones a base de engranajes hace impráctico indicar la instalación y mantenimiento con detalles específicos. El usuario debe consultar los folletos publicados por el fabricante y observar con cuidado los datos que se dan en la placa de identificación y en los marbetes. 

Esa información tiene prioridad sobre los comentarios generalizados que siguen:

• Instalación y puesta en marcha de las transmisiones de engranajes encerrados: El manejo, instalación y servicio de una transmisión encerrada nueva a base de engranaje merecen atención especial para evitar daños y asegurar la operación necesaria.

Para un buen funcionamiento de las unidades de reducción es indispensable tener en cuenta las siguientes recomendaciones:

• Las unidades deben montarse sobre bases firmes para eliminar vibraciones y desalineamiento en los ejes.

• Si la transmisión de la unidad a la máquina es por acople directo entre ejes, es indispensable garantizar una perfecta alineación y centrado. Si la transmisión se hace por cadenas o correas, la tensión dada a estos elementos debe ser recomendada por el fabricante, previas una alineación entre los piñones o poleas.

• Las unidades de acoplamiento deben montarse cuidadosamente sobre los ejes para no dañar los rodamientos y lo más cercanas a la carcasa para evitar cargas de flexión sobre los ejes.

• Antes de poner en marcha los Motorreductores, es necesario verificar que la conexión del motor sea la adecuada para la tensión de la red eléctrica.

Mantenimiento

Los engranajes, casquillos y rodamientos de los reductores y motorreductores están lubricados habitualmente por inmersión o impregnados en la grasa lubricante alojada en la carcasa principal. 

Por lo tanto, el Mantenimiento pasa por revisar el nivel de aceite antes de la puesta en marcha. La carcasa tendrá visibles los tapones de llenado, nivel y drenaje del lubricante, que deben estar bien sellados. Debe mantenerse especialmente limpio el orificio de ventilación; también debe respetarse el tipo de lubricante recomendado por el fabricante, que suele ser el más adecuado a su velocidad, potencia y materiales constructivos.

Según el tipo del reductor, se suele recomendar una puesta en marcha progresiva, en cuanto a la carga de trabajo, con unas 50 horas hasta llegar al 100%. Asimismo, es muy recomendable el sustituir el aceite la primera vez tras 200 horas de trabajo, pudiendo incluso el decidir en ese momento un "lavado" del Reductor.

A partir de ese momento, los cambios del lubricante deberán hacerse SIEMPRE de acuerdo con las recomendaciones del fabricante, siendo plazos habituales cambios cada 2.000 horas de trabajo.

En caso de disponer de Reductores de repuesto, estos deben permanecer completamente llenos del lubricante recomendado, para prevenir la oxidación de los elementos internos, así como protegidos los acoplamientos. Es importante "marcar" en el mismo Reductor la necesidad de vaciar el lubricante sobrante ANTES de ser puesto en servicio.

Para finalizar, reiterar que los consejos aquí dados son solo recomendaciones GENERALES, y que siempre que sea posible y conocidas, deben atenderse las recomendaciones específicas del Fabricante para el modelo en cuestión.

Lubricación de las transmisiones de engranajes encerrados

La lubricación inapropiada es una de las causas principales de falla en las transmisiones a base de engranajes, deben seguirse las instrucciones del fabricante de los engranajes para asegurar la operación apropiada. 

La unidad de engrane debe drenarse y limpiarse con un aceite lavador, después de transcurridos 4 semanas de operación inicial. Para volver a llenarla puede utilizarse el lubricante original filtrado, o bien un lubricante nuevo. Para operación normal los cambios de aceite deben hacerse después de cada 2500 horas de servicio. 

Deben llevarse a cabo verificaciones periódicas de los niveles del aceite, aceiteras y accesorios para grasa. Si se está utilizando lubricación a presión, debe vigilarse con frecuencia el funcionamiento apropiado de la bomba, del filtro y del enfriador.

Localización de fallas

La observación constante de los fallas que se presenten en las características de operación, como la elevación exagerada de la temperatura por encima del ambiente, ruido y vibración, y fuga de aceite, puede evitar paralizaciones costosas.

Lista de problemas

Calentamiento, falla del árbol, falla de los cojinetes, fuga de aceite, desgaste, ruido y vibración. Aplicación de los engranajes y de las transmisiones de engranajes enconados

Capacidades nominales de los engranajes

La AGMA ha desarrollado fórmulas para calcular estas capacidades en relación con la mayor parte de los tipos de engranajes y transmisiones de engranajes encerrados. Las capacidades nominales determinadas a partir de estas fórmulas están encaminadas a aplicaciones en las que se obtengan cargas de naturaleza uniforme por no más de 10 h/día, y son las que normalmente se cita en los catálogos de los fabricantes.

Clasificación de las aplicaciones

La mayor parte de las normas AGMA para las transmisiones de engranajes encerrados suministran tablas para diversas aplicaciones, como una guía para seleccionar los factores de servicio. Generalmente, esta información también está contenida en los catálogos de los fabricantes.

Selección del producto

Una vez que se ha determinado la potencia equivalente, se puede hacer la selección del engranaje o de la transmisión de los engranajes encerrados, y comparar este valor con la capacidad nominal básica. Es necesario que el producto seleccionado tenga una capacidad nominal de carga igual al número de caballos de potencia equivalentes, o tal vez mayor. Por lo común se debe también verificar la capacidad térmica nominal de la transmisión de engranaje encerrado. Esta es la potencia que se puede transmitir de manera continua, durante 3 horas o más, sin causar una temperatura de más de 38 °C por encima de la de ambiente.

GUÍA PARA LA ELECCIÓN DEL TAMAÑO DE UN REDUCTOR O MOTORREDUCTOR

Para seleccionar adecuadamente una unidad de reducción debe tenerse en cuenta la siguiente información básica:

Características de operación                                                                 

· Potencia (HP tanto de entrada como de salida)

· Velocidad (RPM de entrada como de salida)

· Torque (par) máximo a la salida en kg−m.

· Relación de reducción (I).

Una vez que se ha determinado la potencia equivalente, se puede hacer la selección del engranaje o de la transmisión de los engranajes encerrados, y comparar este valor con la capacidad nominal básica. Es necesario que el producto seleccionado tenga una capacidad nominal de carga igual al número de caballos de potencia equivalentes, o tal vez mayor. Por lo común se debe también verificar la capacidad térmica nominal de la transmisión de engranaje encerrado. Esta es la potencia que se puede transmitir de manera continua, durante 3 horas o más, sin causar una temperatura de más de 38 °C por encima de la de ambiente.

Características del trabajo a realizar

· Tipo de máquina motriz (motor eléctrico, a gasolina, etc.)

· Tipo de acople entre máquina motriz y reductor.

· Tipo de carga uniforme, con choque, continua,

    discontinua etc.

· Duración de servicio horas/día.

· Arranques por hora, inversión de marcha.

Condiciones del ambiente

· Humedad

· Temperatura

Ejecución del equipo

· Ejes a 180º, ó, 90º.

Eje de salida horizontal, vertical, etc.

Incrementador de la velocidad

En algunos casos, resulta impráctico operar un motor primario a una velocidad lo suficientemente alta como para satisfacer las necesidades del equipo impulsado. Para aplicaciones de este tipo pueden utilizarse los engranajes como incrementadores de la velocidad.

Sonido y vibración

El interés principal referente al sonido y a la vibración de las transmisiones de engranaje es la contribución al nivel del ruido industrial. Un segundo interés es que pueden ser el síntoma de un desgaste anormal y una falta inminente

Factor de servicio (F.S.)

Los reductores son calculados  para un factor de servicio igual a 1; es decir, con un funcionamiento libre de choques y un tiempo de funcionamiento de 8 horas a temperatura de ambiente de 30°C El factor de servicio F.S., cuantifica la influencia de las condiciones externas sobre el funcionamiento del reductor. En primera instancia, F.S. depende del tipo de servicio de la máquina a ser accionada,  los diferentes tipos de carga, U (uniforme), M (moderada) y P (pesada) para las aplicaciones más comunes.

TURBINAS HIDRÁULICAS

La función de una planta hidroeléctrica es utilizar la energía potencial del agua almacenada en un lago, a una elevación más alta y convertirla, primero en energía mecánica y luego en eléctrica. Este proceso toma en consideración varios factores entre los cuales uno de los más importantes es la caída de agua (head). Este factor es decisivo al momento de escoger el tipo de turbina hidráulica que se instala en la planta.

La turbina hidráulica es la encargada de transformar la energía Hidráulica en energía eléctrica, por esto es de vital importancia saber elegir la turbina adecuada para cada sistema hidroeléctrico.

Las turbinas se pueden clasificar de varias maneras estas son:

1.      Según la dirección en que entra el agua:

·        Turbinas axiales: el agua entra en el rodete en la dirección del eje.

·        Turbinas radiales: el agua entra en sentido radial, no obstante el agua puede salir en cualquier dirección.

2.      Deacuerdo al modo de obrar del agua:

·        Turbinas de chorro o de acción simple o directa.

·        Turbinas de sobrepresión o de reacción.

3.      Según la dirección del eje:

·        Horizontales.

·        Verticales.

Hay otras clasificaciones, según las condiciones de construcción, no obstante la clasificación más importante es la que las separa de acuerdo al modo de obrar el agua, estas son de reacción o de chorro.

Aunque hay muchas turbinas que entran en estas clasificaciones las más importantes son las turbinas Pelton, Francis y Kaplan.

TIPOS DE TURBINAS HIDRÁULICAS.

1) TURBINA PELTON.

Las turbinas Pelton, se conocen como turbinas de presión por ser ésta constante en la zona del rodete, de chorro libre, de impulsión, o de admisión parcial por ser atacada por el agua sólo una parte de la periferia del rodete. Así mismo entran en la clasificación de turbinas tangenciales y turbinas de acción.

Su utilización es idónea en saltos de gran altura (alrededor de 200 m y mayores), y caudales relativamente pequeños (hasta 10 m3/s aproximadamente). Pueden ser instaladas con el eje en posición vertical u horizontal, siendo esta última disposición la más adecuada, la cual servirá de referencia para hacer las descripciones necesarias.

• CARACTERISTICAS:

Ø   Eje vertical y horizontal.

Ø Número de inyectores 1 a 4. Conjunto formado por válvula de entrada, turbina y generador asíncrono.

Ø El rodete o rueda PELTON esta constituido por un disco de acero con álabes, como ya se ha dicho, de doble cuchara ubicada en la periferia de la rueda. Estos álabes puedes estar fundidos con la misma rueda o unidos individualmente por medio de bulones o pernos.

Ø Rodete en cobre-aluminio o inox.

Ø Inyectores en inox.

Ø El Número de álabes suele ser de 17 a 26 por rueda, todo esto dependiendo de la velocidad específica; Cuando se necesita una velocidad alta el número de álabes es pequeño debido a que a mayor velocidad específica, mayor caudal lo que exige álabes mas grandes y con esto caben menos en cada rueda.

• COMPONENTES: En la imagen siguiente se observan los componentes de una turbina Pelton de eje horizontal, con dos equipos de inyección.
  A continuación se realiza  una amplia descripción de cada uno de ellos.

a) Distribuidor de una turbina Pelton: Está constituido por uno o varios equipos de inyección de agua. Cada uno de dichos equipos, formado por determinados elementos mecánicos, tiene como misión dirigir, convenientemente, un chorro de agua, cilíndrico y de sección uniforme, que se proyecta sobre el rodete.

b) Cámara de distribución: Consiste en la prolongación de la tubería forzada, acoplada a ésta mediante brida de unión, posteriormente a la situación de la válvula de entrada a turbina, según la trayectoria normal del agua.

c) Inyector: Es el elemento mecánico destinado a dirigir y regular el chorro de agua. 

d) Equipo de regulación de velocidad: Está constituido por un conjunto de dispositivos   electro-mecánicos, a base de servomecanismos, palancas y bielas. 

e) Rodete de una turbina Pelton: Es la pieza clave donde se transforma la energía          hidráulica del agua, en su forma cinética, en energía mecánica o, dicho de otra manera, en  trabajo según la forma de movimiento de rotación. 

Ø  Rueda motriz: Está unida rígidamente al eje, montada en el mismo por medio de chavetas y anclajes adecuados. Su periferia está mecanizada apropiadamente para ser soporte de los denominados cangilones.

Ø  Cangilones: También llamados álabes, cucharas o palas. Son piezas de bronce o de acero especial para evitar, dentro de lo posible, las corrosiones y cavitaciones.

f) Carcasa de una turbina Pelton: Es la envoltura metálica que cubre los inyectores, rodete y otros elementos mecánicos de la turbina. Su misión consiste en evitar que el agua salpique al exterior cuando, después de incidir sobre los cangilones, abandona a éstos.

    Dispone de un equipo de sellado, en las zonas de salida del eje, a fin de eliminar fugas de agua. Puede estar formado por un laberinto metálico dotado de drenajes, o bien por juntas de estanqueidad, prensaestopas, etc. 

g) Cámara de descarga de una turbina Pelton: Se entiende como tal la zona por donde cae el agua libremente hacia el desagüe, después de haber movido al rodete. También se conoce como tubería de descarga. 

h) Sistema hidráulico de frenado de una turbina Pelton: Consiste en un circuito de agua derivado de la cámara de distribución. El agua, proyectada a gran velocidad sobre la zona convexa de los cangilones, favorece el rápido frenado del rodete, cuando las circunstancias lo exigen.

i) Eje de una turbina Pelton: Rígidamente unido al rodete, y situado adecuadamente sobre cojinetes debidamente lubricados, transmite el movimiento de rotación al eje del alternador.

2) TURBINAS FRANCIS.

Son conocidas como turbinas de sobrepresión por ser variable la presión en las zonas del rodete, o de admisión total ya que éste se encuentra sometido a la influencia directa del agua en toda su periferia. También se conocen como turbinas radiales-axiales y turbinas de reacción.

Las turbinas Francis, son de rendimiento óptimo, pero solamente entre unos determinados márgenes (para 60 % y 100 % del caudal máximo), siendo una de las razones por la que se disponen varias unidades en cada central, al objeto de que ninguna trabaje, individualmente, por debajo de valores del 60 % de la carga total. 

• CARACTERISTICAS:

*Están formadas por una espiral que va a alimentar al rodete.

*Se utilizan para caídas medianas.

*Tienen un distribuidor que orienta el agua hacia el rodete.

*Asemejan una bomba centrífuga.

*El agua no está a la presión atmosférica. 

*Descargan a contra presión.

*Generalmente están provistas de una válvula mariposa como medida de prevención.

• COMPONENTES:

a) Cámara espiral de una turbina Francis: Está constituida por la unión sucesiva de una serie de virolas tronco-cónicas, cuyos ejes respectivos forman una espiral. Desde el acoplamiento con la tubería forzada, donde el diámetro interior de la virola correspondiente alcanza su valor máximo, la sección interior, circular en la mayoría de los casos, va decreciendo paulatinamente hasta la virola que realiza el cierre de la cámara sobre sí misma, cuyo diámetro interior se reduce considerablemente. Esta disposición se conoce como el caracol de la turbina, en el que, debido a su diseño, se consigue que el agua circule con velocidad aparentemente constante y sin formar torbellinos, evitándose pérdidas de carga. 

   En la zona periférica interna y concéntrica con el eje de la turbina se encuentra una abertura circular formando un anillo, cuyos extremos están enlazados paralelamente al eje de la turbina por una sucesión de palas fijas equidistantes una de otra, a través del cual fluirá el agua, esta zona es denominada pre-distribuidor de la turbina.

b) Distribuidor de una turbina Francis: El distribuidor está formado por un determinado número de palas móviles, cuyo conjunto constituye un anillo que está situado concéntricamente entre el pre-distribuidor y la turbina. Su función es la de distribuir y regular, eventualmente cortar totalmente, el caudal de agua que fluye hacia el rotor.

• Palas directriceso álabes directrices : son las palas móviles, cada una de ellas al unísono con las demás pueden orientarse dentro de ciertos límites, al girar su eje pasando de la posición de cierre total a la de máxima apertura.

• Equipo de accionamiento de palas directrices: Se trata de un conjunto de dispositivos mecánicos, a base de servomecanismos, palancas y bielas, que constituyen el equipo de regulación de la turbina, gobernado por el regulador de velocidad. 

• Servomotores: Normalmente son dos, cada uno de los cuales, accionado por aceite a presión según órdenes recibidas del regulador, desplaza una gran biela, en sentido inverso una respecto de la otra, a modo de brazos de un par de fuerzas, proporcionando un movimiento de giro alternativo a un aro móvil, llamado anillo o volante de distribución, concéntrico con el eje de la turbina.

• Anillo de distribución: Con sus movimientos, en sentido de apertura o cierre total o parcial, hace girar a todas y cada una de las palas directrices, por medio de palancas de unión entre éste y la parte superior de cada uno de los ejes respectivos de aquellas.

• Bielas y bieletas: La conexión entre la bieleta correspondiente, ligada al anillo, y el eje de la pala directriz respectiva, se realiza mediante una biela formada, en ocasiones, por dos piezas superpuestas adecuadamente, o disposición similar, en cuyo caso, el punto común de enlace entre las mismas puede ser un bulón que, además, hace la función de fusible mecánico.

c) Rodete de una turbina francis: Se trata de la pieza fundamental mediante la cual se obtiene la energía mecánica deseada. Está unido rígidamente al eje de la turbina y perfectamente concéntrica con el distribuidor. Consta de un núcleo central alrededor del cual se encuentra dispuesto determinado número de palas de superficie alabeada equidistantemente repartidas y fijadas al núcleo.

Forma una pieza única hecha por fundición o soldadura sin uniones ni fijaciones accesorias
Las palas están unidas por su parte  externa inferior a un anillo que hace cuerpo con las mismas. En su extremo superior van unidas a otro anillo el cual va sujeto al eje de la turbina. La longitud y mayor o menor inclinación respecto al eje de la turbina de las palas o álabes del rotor dependen del caudal, de la altura del salto y de la velocidad específica. 

Experimentalmente, se ha establecido que el número de álabes del rotor debe de ser diferente al de álabes del distribuidor, en caso contrario se producirían vibraciones al coincidir los espacios de ambos conjuntos.

d) Tubo de aspiración de una turbina Francis: Recibe otros nombres, tales como hidrocono, difusor, etc. Consiste en una conducción, normalmente acodada, que une la turbina propiamente dicha con el canal de desagüe. Tiene como misión recuperar al máximo la energía cinética del agua a la salida del rodete o, dicho de otra forma, aprovechar el salto existente entre la superficie libre del agua y la salida del rodete. 

e) Cojinete guía de una turbina Francis:  Está situado lo más cerca posible del rodete, sobre la tapa superior de turbina, inmediatamente por encima del cierre estanco o sellado del eje. Consta de un anillo dividido radialmente en dos mitades o bien de una serie de segmentos, que asientan con perfecto ajuste sobre el eje. Las superficies en contacto con éste, están recubiertas de metal blanco, antifricción (aleación a base de estaño, antimonio, cobre, plomo, cadmio, etc., en distintos porcentajes), y suelen tener tallados, vertical o diagonalmente, unos canales sobre la superficie de contacto con el eje, para favorecer la circulación de aceite y así lograr su autolubricación. 

f) Cojinete de empuje: Este elemento, conocido también como soporte de suspensión, pivote, rangua o quicio, característico y necesario en todos los grupos de eje vertical, hemos de considerado como un componente propio de dichos grupos en sí y no de las turbinas hidráulicas que responden a tales condiciones de instalación. 

3) TURBINAS KAPLAN.

Las turbinas tipo Kaplan son turbinas de admisión total y clasificadas como turbinas de reacción. Se emplean en saltos de pequeña altura (alrededor de 50 m y menores alturas), 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.

• CARACTERISTICAS:

* Se utilizan para caídas baja

* El rodete recuerda la forma de una hélice de barco.

* El ángulo de inclinación de las palas del rodete es regulable.

* Se utilizan para gastos muy grandes.

* La regulación se efectúa por medio de un distribuidor como en las Francis y además con el ángulo de inclinación de las palas en el rodete.

• COMPONENTES: Algunos componentes de una turbina kaplan son:
  Ø  Cámara espiral
  Ø  Distribuidor
  
  Ø  Rotor o rodete
  Ø  Tubo de aspiración.
  Ø  Eje
  Ø  Equipo de sellado
  Ø  Cojinete guía
  Ø  Cojinete de empuje

El único componente de las turbinas kaplan, que podría considerarse como distinto al de las turbinas Francis, es el rotor o rodete.

Rotor De Una Turbina Kaplan

Se asemeja a la hélice de barco, esta formado por un numero determinado de palas o álabes, de 2 a 4 para saltos de pequeña altura y de 5 e 9 cuando los saltos son mayores, por supuesto dentro del campo de aplicación de las turbinas Kaplan. En las turbinas Kaplan, todas y cada una de las palas del rotor están dotadas de libertad de movimiento, pudiendo orientarse dentro de ciertos límites sobre sus asientos respectivos situados en el núcleo, llamado también cubo del rodete, adoptando posiciones de mayor o menor inclinación respecto al eje de la turbina según órdenes recibidas del regulador de velocidad.

Las turbinas Kaplan, son también conocidas como turbinas de doble regulación, por intervenir en el proceso de regulación tanto las palas del distribuidor, como sobre las palas del rotor 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.

Se distinguen tres sistemas de gobierno de las palas del rotor, dependiendo de la ubicación del servomotor de accionamiento en las distintas zonas del eje del grupo turbina-generador.

Así se tiene:

Ø  Servomotor en cabeza: el servomotor está instalado en el extremo superior del eje, en la zona del generador.

Ø  Servomotor intermedio: en este caso está situado en la zona de acoplamiento de los ejes de la turbina y del generador.

Ø  Servomotor en núcleo: está alojado en el propio núcleo del rotor. 

En algunas turbinas kaplan las palas del rotor se pueden orientar con mecanismos accionados por motores eléctricos y reductores de velocidad ubicados en el interior del eje. En los rotores kaplan, el interior del núcleo está lleno de aceite a fin de producir la estanqueidad para evitar el paso de agua a través de los ejes de las palas.

Una de las características fundamentales de las turbinas Kaplan constituye el hecho que las palas del rotor están situadas a una cota más baja que la cota del distribuidor, de modo que el flujo del agua incide sobre las palas en su parte posterior en dirección paralela al eje de la turbina.