Turbina Kaplan

La Kaplan es una turbina hélice de álabes ajustables, de manera que la incidencia del agua en el borde de ataque del álabe pueda producirse en las condiciones de máxima acción, cualesquiera sean los requisitos del caudal y la carga.

Las turbinas hélice que tienen álabe fijo justifican su instalación en los casos en que las variaciones de potencia no sean considerables. Víctor Kaplan (1876-1934) concibió la idea de corregir el paso de los álabes automáticamente con las variaciones de potencia.

Una técnica constructiva de las turbinas hidráulicas poco desarrollada a comienzo de siglo, hacía concebir la idea de Kaplan como irrealizable. Pero, con el avance del siglo avanzaba el desarrollo tecnológico y la idea de Kaplan fue imponiéndose en el mundo entero. La turbina Kaplan encuentra aplicación en una gama de cargas que varía aproximadamente de 1 a 90 m. si se incluyen a las turbinas tubulares o de bulbo, que también son de hélice con paso variable.

Hoy en día, lo más frecuente en las plantas que usan estas turbinas, es la interconexión de plantas, controladas por un despacho central, con lo que na planta, en el sistema interconectado, viene a ser como una unidad operando en una planta aislada. Estas unidades pueden ser pues de mayor potencia, lo cual por otra parte se hace posible debido al desarrollo de la tecnología constructiva. Para una carga determinada, de la potencia Kaplan puede ser mayor que la de otros tipos de turbinas.

Estas son máquinas hidráulicas de reacción de flujo axial, con alabes móviles que le permiten ajustarse con mucha facilidad, a diferentes condiciones de flujo sin que se tenga una caída de rendimiento de estas; su utilización se dan en lugares donde se tienen saltos pequeños o a lo sumo medianos pero, pero que con mucho caudal.

Sus características principales son:

Dimensiones reducidas. Velocidades relativamente altas. Rendimiento elevado con carga variable. Notable capacidad para sobrecargas.

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 características hidrodinámicas con poca curvatura, que facilita su rendimiento y aumenta la velocidad del fluido (agua), estas características hacen que estas TH se construyan de diámetros de rodete bastante pequeños.

El rodete va precedido del distribuidor, cuyos aleves direccionales son por lo general móviles; estos alabes se pueden regular durante la marcha de TH con el fin de tener rendimientos máximos.

En saltos pequeños la entrada de entrada de agua se debe hacer en una cámara abierta o baja presión, en este caso la mara se debe construir de concreto, para saltos mayores la cámara se construye de chapa acerada posteriormente se deben revestir con cemento total o parcial mente.

El generador está 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 regulación para poder regular, los alabes del cubo.

Cuando el agua abandona el rodete tiene una velocidad elevada, por consiguiente energía cinética que puede ser utilizada todavía es por esta razón que se hace uso de un tubo de aspiración de desfogue, cuyo objetivo es de:

Convertir la energía de velocidad en energía de presión. Permitir obtener una presión menor (de vacío), que ayuda a aumentar la carga de trabajo

de la turbina. Evita que el agua salga directamente a la atmosfera, permitiendo así que se pueda instalar

la turbina a un nivel más alto que el nivel de agua baja.

La forma más adecuada de esta tubo, es de sección variable que puede ser construido de acero o de concreto, además por su poca altura evita complicaciones de instalación. El cubo es lo suficientemente grande como para poder alojar todos los mecanismos demando t control de los alabes, además está lleno de aceite a una presión mayor que la del agua para que esta no se introduzca en el cubo, al mismo tiempo se coloca juntas que reducen las fugas de aceite del interior del cubo.

Se debe tener en cuenta que estas maquina; su costo de construcción es de un precio considerable ya que la herramientas con que se fabricas son también costosas en precio y no sé en cuentan solo en lugares especializados en este tipo de construcciones.

Los cálculos de las aspas demuestran que los valores característicos de esfuerzos a los cuales se ven sometidos los alabes son de el mismo valor si estos son geométricamente iguale y bajo condiciones de operación semejantes. Los datos se pueden obtener de modelos con mucha exactitud, ya que las leyes de semejanza que plantea la mecánica de fluidos son muy confiables.

En cuanto a las características de los materiales de los que se pueden construir los alabes es preciso que estos tengan propiedades de resistencia a la flexión ya que el agua ejerce una carga muy grande de este tipo.

COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA TURBINA KAPLAN

Cabe mencionar que los órganos principales de una turbina Kaplan son, como en la turbina Francis, la cámara de alimentación o caracol, el distribuidor, el rodete móvil y el tubo de desfogue, ya que es también turbina de reacción.

1) Distribuidor

El distribuidor es un órgano fijo cuya misión es dirigir el agua, desde la sección de entrada de la máquina hacia la entrada en el rodete (cámara de admisión), distribuyéndola alrededor del mismo, (turbinas de admisión total), o a una parte,(turbinas de admisión parcial), es decir, permite regular el agua que entra en la turbina, desde cerrar el paso totalmente, caudal cero, hasta lograr el caudal máximo. Es también un órgano que transforma la energía de presión en energía de velocidad; en las turbinas hélico-centrípetas y en las axiales está precedido de una cámara espiral(voluta) que conduce el agua desde la sección de entrada, asegurando un reparto simétrico de la misma en la superficie de entrada del distribuidor.

A continuación se presenta una clasificación de estos dispositivos, según la disposición de los ejes de giro de los álabes directrices:

1. Cilíndrico: si los ejes de giro se encuentran en la superficie de un cilindro cuyo eje coincide con el eje de la máquina 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 máquina 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. Cónico: Si los ejes de giro se encuentran en una superficie cónica.

2) Caracol

Es parte de la estructura fija de la máquina y tiene forma en espiral. En ella se convierte parte de la energía de presión del agua en energía cinética, dirigiendo el agua alrededor del distribuidor.

3) Camara de alimentacion

Es el lugar por donde entre el agua para alimentar a la turbina. En pocas palabras es un ducto de admisión. La cámara de alimentación suele ser de concreto en muchos casos, debido a la gran capacidad de gasto que admite la turbina Kaplan. La sección toridal puede ser circular o rectangular.

4) Rodete

Es el elemento esencial de la turbina, estando provisto de álabes en los que tiene lugar el intercambio de energía entre el agua y la máquina. Como una turbina Kaplan (álabes orientables), es mucho más cara que la de hélice (álabes fijos), a veces se equipa una central de pequeña altura con turbinas hélice y Kaplan. Estas van cambiando insensiblemente de forma para adaptarse a las diferentes condiciones de servicio.

Los álabes del rotor tienen un perfil de ala de avión y desarrollo helicoidal. El perfil de ala permite obtener una acción útil del agua sobre el álabe en el movimiento que aquella tiene respecto a éste.

La forma helicoidal o alabeo se justifica, en virtud de que la velocidad relativa del flujo varía en dirección y magnitud con el radio, supuesta ω (velocidad angular) constante, y considerando la velocidad absoluta constante en magnitud y dirección.

5) Tubo de desfogue

Es un conducto 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 energía cinética a la salida del rodete para lo cual debe ensancharse; si por razones de explotación el rodete está instalado a una cierta altura por encima del canal de fuga, un simple difusor cilíndrico permite su recuperación, que de otra forma se perdería. Si la turbina no posee tubo de aspiración, se la llama de escape libre

ENERGIA TRANSFERIDA

De fluido a rotor tiene la expresión:

GRADO DE REACCIÓN

Queda expresado por:

FACTOR DE UTILIZACIÓN

Se define por:

Diagrama de velocidades

V1 U Vr1

La Vr1 debe incidir sobre el álabe de forma que se logre una máxima acción del agua, evitando separación o choques, que reduzcan el rendimiento. El ángulo de incidencia se fija por la velocidad media relativa Vmr y la cuerda.

La magnitud de la componente axial a la entrada Va generalmente se conserva a la salida de las máquinas axiales. La velocidad absoluta a la salida V2 se procura que sea axial o con una componente giratoria mínima, a fin de tener un buen desfogue y para reducir su magnitud, aumentando el coeficiente de utilización. Como la velocidad tangencial del álabe U es la misma pues los dos puntos de entrada y salida están a la misma distancia del eje se tendrá que diseñar el borde de fuga de forma que la componente relativa Vr2 cierre el triángulo vectorial correspondiente a la ecuación

V2 U Vr2

Ya que en velocidades subsónicas, como es el caso del agua en las turbinas hidráulicas, el álabe manda al fluido en la salida y la Vr2 saldrá tangente al álabe. La curvatura del álabe definida por el ángulo para Va constante, hace que V2 < V1 y Vr2 > Vr1, con el fin de tener un aprovechamiento de la carga dinámica y de la carga estática del agua.

El diseño de los álabes suele hacerse para el 80% de la capacidad del gasto de la turbina, ya que en estas condiciones se favorece el rendimiento global del álabe en las diferentes condiciones de carga parcial o sobrecarga. Para las condiciones de diseño la apertura del ángulo del distribuidor suele ser de 45º, pudiendo variar entre 20º y 50º en términos generales.

El alabeo de los bordes de ataque y de fuga se define por los valores de los ángulos ß1 y ß2 a lo largo de dichos bordes

La componente giratoria Vu1 se calcula en cada punto de la zona de vórtices libres, que precede al rotor, aplicando el principio de conservación del momento de la cantidad de movimiento. En la sección de salida del distribuidor se puede conocer la componente de giro Vua y el radio Ro. El momento de la cantidad de movimiento sobre la unidad de masa será Vuo Ro, que será constante en toda la zona de vórtices libres, pues no hay momento exterior en esta zona. Por lo tanto si se designa por el subíndice 1 la sección de ataque del agua al rotor se tendrá:

Vuo Ro = Vu1 R1 = Constante

Donde R1 puede variar del cubo al extremo del álabe y en consecuencia Vu1 varía también, pero en forma opuesta a R1, para conservar el valor constante del producto. Como Va es constante, resulta que tan ß1 varía con U y con Vu1, o lo que es igual con el radio. En el borde de fuga el cambio de tan ß1 varía con U = ND el cual tiene valores diferentes a distintos diámetros, para una misma velocidad de giro.

DIÁMETRO DE LA HÉLICE

En la turbina axial el diámetro es único, cuyo valor se fija por la experiencia a través de fórmulas empíricas, entre ellas la siguiente

VELOCIDAD DE GIRO Viene dada por

La relación entre la altura del distribuidor y el diámetro de la hélice B/D es del orden de 0,4.

Centrales Hidroeléctricas

Una planta hidroeléctrica es la que aprovecha la energía hidráulica para producir energía eléctrica. Si se concentra grandes cantidades de agua en un embalse, se obtiene inicialmente, energía potencial, la que por la acción de la gravedad adquiere energía cinética o de movimiento pasa de un nivel superior a otro muy bajo, a través de las obras de conducción ( la energía desarrollada por el agua al caer se le conoce como energía hidráulica), por su masa y velocidad, el agua produce un empuje que se aplica a las turbinas, las cuales transforman la energía hidráulica en energía mecánica.

Esta energía se propaga a los generadores que se encuentran acoplados a las turbinas, los que la transforman en energía eléctrica, la cual pasa a la subestación contigua o cerca de la planta. La subestación eleva la tensión o voltaje para que la energía llegue a los centros de consumo con la debida calidad.

Las turbinas pueden ser de varios tipos, según los tipos de centrales:

Pelton: saltos grandes y caudales pequeños. Francis: salto más reducido y mayor caudal. Kaplan: salto muy pequeño y caudal muy grande. De hélice

La energía hidroeléctrica es una de las más rentables, aunque el costo inicial de construcción es elevado, ya que sus gastos de explotación y mantenimiento son relativamente bajos. De todos modos tienen unos condicionantes:

Las condiciones pluviométricas medias del año (las lluvias medias del año) deben ser favorables.

El lugar de emplazamiento está supeditado a las características y configuración del terreno por el que discurre la corriente de agua.

En las plantas hidroeléctricas el caudal de agua es controlado y se mantiene casi constante, transportándola por unos conductos, controlados con válvulas para así adecuar el flujo de agua que pasa por las turbinas, teniendo en consideración la demanda de electricidad, el agua luego sale por los canales de descarga de la planta.

Las ventajas de las centrales hidroeléctrica:

1. No requieren combustible, sino que usan una forma renovable de energía.

2. Es limpia, pues no contamina ni el aire ni el agua.

3. A menudo puede combinarse con otros beneficios, como riego, protección contra las inundaciones, suministro de agua, caminos,etc.

4. Los precios de mantenimiento y explotación son bajos.

5. Las obras de ingenieria necesarias para aprovechar la energía hidraúlica tienen una duración buena.

6. La turbina hidraúlica es una máquina sencilla, eficiente y segura, que puede ponerse en marcha y detenerse con rapidez y requiere poca vigilancia.

Las desventajas de las centrales hidroeléctricas:

1. Los costos de capital por kilovatio son muy altos.

2. El emplazamiento, es lo que significa un aumento de la inversión y en los precios de mantenimiento y pérdida de energía.

3. La construcción lleva largo tiempo.

4. La disponibilidad de energía puede fluctuar de estación en estación y de año en año.

Tipo de Centrales Hidroeléctricas

Central Hidroeléctrica de Pasada

Una central de pasada es aquella en que no existe una acumulación apreciable de agua "corriente arriba" de las turbinas.

En una central de este tipo las turbinas deben aceptar el caudal disponible del río "como viene", con sus variaciones de estación en estación, o si ello es imposible el agua sobrante se pierde por rebosamiento.

En ocasiones un embalse relativamente pequeño bastará para impedir esa pérdida por rebosamiento.

En la misma se aprovecha un estrechamiento del río, y la obra del edificio de la central (casa de máquinas) puede formar parte de la misma presa.

El desnivel entre "aguas arriba" y "aguas abajo", es reducido, y si bien se forma un remanso de agua a causa del azud, no es demasiado grande.

Este tipo de central, requiere un caudal suficientemente constante para asegurar a lo largo del año una potencia determinada.

Central Hidroeléctrica con Embalse de Reserva

En este tipo de proyecto se embalsa un volumen considerable de líquido "aguas arriba" de las turbinas mediante la construcción de una o más presas que forman lagos artificiales.

El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas. Del volumen embalsado depende la cantidad que puede hacerse pasar por las turbinas.

Con embalse de reserva puede producirse energía eléctrica durante todo el año aunque el río se seque por completo durante algunos meses , cosa que sería imposible en un proyecto de pasada.

Las centrales con almacenamiento de reserva exigen por lo general una inversión de capital mayor que las de pasada, pero en la mayoría de los casos permiten usar toda la energía posible y producir kilovatios-hora más baratos.

Pueden existir dos variantes de estas centrales hidroeléctricas:

1) La de casa de máquina al pie de la presa2) Aprovechamiento por derivación del agua:

Centrales Hidroeléctricas de Bombeo

Las centrales de bombeo son un tipo especial de centrales hidroeléctricas que posibilitan un empleo más racional de los recursos hidraúlicos de un país.

Disponen de dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda de energía eléctrica alcanza su máximo nivel a lo largo del día, las centrales de bombeo funcionan como una central convencional generando energía.

Al caer el agua, almacenada en el embalse superior, hace girar el rodete de la turbina asociada a un alternador.

Después el agua queda almacenada en el embalse inferior. Durante las horas del día en la que la demanda de energía es menor el agua es bombeada al embalse superior para que pueda hace rel ciclo productivo nuevamente.

Para ello la central dispone de grupos de motores-bomba o, alternativamente, sus turbinas son reversibles de manera que puedan funcionar como bombas y los alternadores como motores.

Tambien pueden ser clasificadas según varios argumentos, como características técnicas, peculiaridades del asentamiento y condiciones de funcionamiento.

1. Según utilización del agua, es decir si utilizan el agua como discurre normalmente por el cauce de un río o a las que ésta llega, convenientemente regulada, desde un lago o pantano.

· Centrales de Agua Fluente:

Llamadas también de agua corriente, o de agua fluyente. Se construyen en los lugares en que la energía hidráulica debe ser utilizada en el instante en que se dispone de ella, para accionar las turbinas hidráulicas. No cuentan con reserva de agua, por lo que el caudal suministrado oscila según las estaciones del año.

En la temporada de precipitaciones abundantes (de aguas altas), desarrollan su potencia máxima, y dejan pasar el agua excedente. Durante la época seca (aguas bajas), la potencia disminuye en función del caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ríos en la época del estío.

Su construcción se realiza mediante presas sobre el cauce de los ríos, para mantener un desnivel constante en la corriente de agua.

· Centrales de Agua Embalsada:

Se alimenta del agua de grandes lagos o de pantanos artificiales (embalses), conseguidos mediante la construcción de presas. El embalse es capaz de almacenar los caudales de los ríos afluentes, llegando a elevados porcentajes de captación de agua en ocasiones. Este agua es utilizada según la demanda, a través de conductos que la encauzan hacia las turbinas.

· Centrales de Regulación:

Tienen la posibilidad de almacenar volúmenes de agua en el embalse, que representan periodos más o menos prolongados de aportes de caudales medios anuales.

Prestan un gran servicio en situaciones de bajos caudales, ya que el almacenamiento es continuo, regulando de modo conveniente para la producción. Se adaptan bien para cubrir horas punta de consumo.

· Centrales de Bombeo:

Se denominan 'de acumulación'. Acumulan caudal mediante bombeo, con lo que su actuación consiste en acumular energía potencial. Pueden ser de dos tipos, de turbina y bomba, o de turbina reversible.

La alimentación del generador que realiza el bombeo desde aguas abajo, se puede realizar desde otra central hidráulica, térmica o nuclear.

No es una solución de alto rendimiento, pero se puede admitir como suficientemente rentable, ya que se compensan las pérdidas de agua o combustible.

2. Según la altura del salto de agua o desnivel existente:

· Centrales de Alta Presión:

Aquí se incluyen aquellas centrales en las que el salto hidráulico es superior a los 200 metros de altura. Los caudales desalojados son relativamente pequeños, 20 m3/s por máquina.

Situadas en zonas de alta montaña, y aprovechan el agua de torrentes, por medio de conducciones de gran longitud. Utilizan turbinas Pelton y Francis.

· Centrales de Media Presión:

Aquellas que poseen saltos hidráulicos de entre 200 - 20 metros aproximadamente. Utilizan caudales de 200 m3/s por turbina.

En valles de media montaña, dependen de embalses. Las turbinas son Francis y Kaplan, y en ocasiones Pelton para saltos grandes.

· Centrales de Baja Presión:

Sus saltos hidráulicos son inferiores a 20 metros. Cada máquina se alimenta de un caudal que puede superar los 300 m3/s. Las turbinas utilizadas son de tipo Francis y especialmente Kaplan.

Principales elementos

Presa

Se denomina Presa o Represa a una barrera fabricada con piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente apoyado en una montaña o desfiladero, sobre un río o arroyo.

Se encarga de retener el agua en el cauce fluvial con diferentes finalidades: para su posterior aprovechamiento en abastecimiento o regadío; para elevar su nivel con el objetivo de derivarla a canalizaciones de riego; para proteger una zona de sus efectos dañinos; o para la producción de energía eléctrica.

Una presa sólo puede retener a un cauce natural, si retuviera un canal sería considerada una balsa. Las presas de hormigón son las más comunes y según su diseño hay 4 tipos diferentes: Presas de Gravedad, Presas de Contrafuertes, Presas de Arco-Bóveda y Presas de Tierrra o Escollera.

Embalse

Es el volumen de agua que queda retenido, de forma artificial, por la presa. Se suele colocar en un lugar adecuado geologica y topográficamente.

Se puede emplear para generar electricidad, abastecer de agua las poblaciones, regadío, etc…

Toma de agua

Las Tomas de Agua son construcciones que permiten recoger el agua para llevarlo hasta las turbinas por medios de canales o tuberias. Se sitúan en la pared anterior de la presa, la que da al embalse. En el interior de la tubería, el agua transforma la energía potencial en cinética, es decir, adquiere velocidad.

Además de unas compuertas para regular la cantidad de agua que llega a las turbinas, poseen unas rejillas metálicas que impiden que elementos extraños como troncos, ramas, etc. puedan llegar a los álabes y producir desperfectos.

Desde aquí, el agua pasa a la tubería forzada que atraviesa a presión el cuerpo de la presa.

Tubería Forzada o Tubería de Presión o Impulsión

Con el fin de impulsar al fluido y mejorar la capacidad de generación de la presa, el agua se hace correr a través de una gran tubería llamada Tubería Forzada o de Presión, especialmente diseñada para reducir las pérdidas de energía que se pudieran producir, llevando el agua hasta la turbina en la casa de máquinas.

Esta tubería tiene que soportar la presión que produce la columna de agua, además de la sobre-presión que provoca el golpe de ariete en caso de parada brusca de la minicentral. Dependiendo de la orografía del terreno y de los factores medioambientales, la colocación de la tubería forzada será subterránea o exterior.

Aliviaderos

Aliviaderos, compuertas y válvulas de control. Todas las centrales hidroeléctricas disponen de dispositivos que permiten el paso del agua desde el embalse hasta el cauce del río, aguas abajo, para evitar el peligro por desbordamiento que podrían ocasionar las crecidas. En esos casos es necesario poder evacuar el agua sobrante sin necesidad de que pase por la central.

Las compuertas y válvulas son los elementos que permiten regular y controlar los niveles del embalse. Existen distintas tipos de desagüe: los aliviaderos de superficie y los desagües de fondo o medio fondo.

Casa de Máquinas o Sala de Turbinas

En la Casa de Máquinas, denominada también Sala de Turbinas o Central, se encuentran los grupos eléctricos para la producción de la energía eléctrica -Conjunto turbina-altenador, turbina y generador, así como los elementos de regulación y funcionamiento. El agua que cae de la presa hace girar las turbinas que impulsan los generadores eléctricos.

Las compuertas de entrada y salida se emplean para poder dejar sin agua la zona de las máquinas en caso de reparación o desmontaje. Según la disposición general de la casa de máquinas, las centrales se pueden clasificar en: Centrales al Exterior y Centrales Subterráneas.

TransformadoresSon el equipo que se encarga de convertir la corriente de baja tensión en una corriente de alta tensión y disminuir la intensidad de la corriente eléctrica. De este modo, se pierde menos energía en su transporte.

Líneas de Transporte de Energía Eléctrica

La electricidad producida se transporta por cables de alta tensión a las estaciones de distribución, donde se reduce la tensión mediante transformadores hasta niveles adecuados para los usuarios.

Las líneas primarias pueden transimitir electricidad con tensiones de hasta 500.000 voltios o más. Las líneas secundarias que van a las viviendas tienen tensiones de 220 y 110 voltios

Cavitación

La cavitación es un fenómeno físico, mediante el cual un líquido, en determinadas condiciones, pasa a estado gaseoso y unos instantes después pasa nuevamente a estado líquido. Este fenómeno tiene dos fases:

Fase 1. Cambio de estado líquido a estado gaseoso.

Fase 2. Cambio de estado gaseoso a estado líquido.

La cavitación es debida principalmente a la acción mecánica de impactos rápidos, a manera de explosiones de las partículas de líquido.

Los impactos que se generan son periódicos, es decir, se produce un fenómeno vibratorio que aumenta la erosión del material por fatiga.

La cavitación se produce siempre que la presión en algún punto o zona de la corriente de un líquido desciende por debajo de un cierto valor mínimo admisible. Esta baja que sufre la presión es debida a los efectos dinámicos de un líquido al escurrir, siguiendo fronteras curvas o alrededor de cuerpos sumergidos.

El fenómeno consiste en un cambio rápido y explosivo de fase líquida a vapor. Si el líquido fluye a través de una región donde la presión es menor que su presión de vapor, éste hierve y forma burbujas. Estas burbujas son transportadas por el líquido hasta llegar a una región de mayor presión, donde el vapor regresa al estado líquido de manera súbita aplastándose bruscamente las burbujas.

El nombre de cavitación es debido a que en la etapa inicial del proceso, pareciese que el flujo presentara cavidades de vapor de agua que crecen rápidamente durante el viaje.

Cuando el colapso o implosión de las burbujas se da cerca o en contacto de una pared sólida, las fuerzas que ejerce el líquido al empujar las cavidades crean presiones muy grandes (hasta de 1000 atm) y localizadas que causan deterioro en la superficie, pues acompañan al fenómeno, fuertes vibraciones y constantes golpeteos

El flujo cavitacional conlleva a las siguientes interacciones sobre la turbo-máquina:

1) Bajo una cavitación suficientemente desarrollada crecen las pérdidas hidráulicas, lo cual conlleva a la disminución del coeficiente de rendimiento y a la disminución del caudal.

2) Bajo la presencia de cavitación en la turbo-máquina, aparece un ruido instantáneo y se crea una vibración sumamente alta.

3) Cuando la máquina trabaje a condiciones de cavitación, rápidamente, en aquellos lugares donde explosionen las cavernas, se forma un desgaste de la superficie.

El desgaste cavitacional (erosión) es producido, en una medida fundamental, por la interacción mecánica del flujo cavitacional, el cual aparece en forma de impactos producidos por las explosiones de las cavernas sobre la superficie del álabe contorneado o en sus cercanías. La particularidad de la interacción consiste en que la frecuencia de estos impactos es muy alta. Con esto, aparece el fenómeno de fatiga de los metales. La destrucción ocurre en forma de esponjamiento, ya que el metal pierde los cristales de su superficie y en lugar de ser liso toma una forma rugosa. La intensidad de la destrucción a veces es sumamente alta y puede alcanzar una profundidad de 10-40 mm al año. Esto conlleva a la necesidad de reparaciones de las partes, cambio de los órganos de trabajo. Finalmente, todo esto conlleva al encarecimiento de la explotación de la turbo-máquina. El desgaste de los álabes y de otras superficies contorneadas, suplementariamente conlleva a la disminución del rendimiento originando pérdidas al transformar la energía en la central hidroeléctrica.

Durante la cavitación, debido a las interacciones mecánicas analizadas, aparecen fenómenos químicos y eléctricos, cuyo rol, por el momento, no han sido establecidos totalmente, pero es evidente que ayudan al incremento de la intensidad de la erosión por cavitación.

Los tipos característicos de cavitación en máquinas hidráulicas son: 

a) Perfilar.- Que aparece cuando el líquido contornea los álabes en las zonas de más baja presión.

b) Pelicular.- La que sucede cuando el líquido fluye con una gran diferencia de presión a través de los huelgos (por ejemplo, entre los álabes de la rueda de trabajo y la cámara espiral).

c) Local.- Que aparece cuando el fluido atraviesa las irregularidades de la superficie, salidas, aletas y otros (por ejemplo, las cabezas de los pernos).

La cavitación, fundamentalmente la perfilar, puede tener diferentes formas o estados de desarrollo, tales como:

a) cavitación con formación de burbujas.- En la cual, la infracción de la continuidad tiene forma de burbujas individuales que se mueven con el flujo (flujo espumoso).

b) cavitación zonal o pelicular.- Que se caracteriza por la presencia de cavernas continuas, llenas de torbellinos líquidos pulsantes.

c) Cavitación con desprendimiento.- Cuando se tienen espacios en los que existe ausencia de líquido.

d) Super cavitación.- En este estado, las cavernas son tan desarrolladas que se cierran tras los límites del perfil.