Turbinas
Como se decía anteriormente, las turbinas son máquinas que transforman la energía hidráulica en energía mecánica de rotación en su eje.
En cuanto a su funcionamiento se pueden clasificar en:
- Turbinas de acción
- Turbinas de reacción
Las turbinas de acción utilizan únicamente la velocidad del flujo de agua para girar, mientras que las turbinas de reacción emplean tanto la presión como la velocidad del agua.
TIPOS DE TURBINAS
Turbinas Pelton
Las turbinas Pelton son las turbinas de acción más utilizadas y están recomendadas en aquellos aprovechamientos caracterizados por grandes saltos y caudales relativamente bajos. Este tipo de turbina permite una gran flexibilidad de funcionamiento, al ser capaz de turbinar hasta el 10% de su caudal nominal con rendimientos óptimos.
Las posibilidades de montaje son múltiples, siendo posible su instalación con eje horizontal o vertical, con uno o varios inyectores y con uno o dos rodetes.
En general, en las minicentrales se implantan turbinas Pelton con uno o dos inyectores que actúan sobre un único rodete.
En la figura 12 se pueden observar los componentes principales de una turbina Pelton.
Figura 12. Turbina Pelton (cortesía de VOITH).
1 Tubería de distribución / 2 Inyector / 3 Rodete
Carcasa / 5 Eje de turbina / 6 Generador
En este tipo de turbinas la admisión del agua se realiza a gran velocidad tangencialmente al rodete (3) a través de la tubería de distribución (1) y el inyector (2), que puede considerarse como el distribuidor de la turbina Pelton.
El inyector (2) está equipado de una válvula de aguja y un deflector o pantalla deflectora.
La válvula de aguja, con un desplazamiento longitudinal controlado bajo presión de aceite por un grupo oleohidráulico, permite la regulación del caudal de agua a turbinar así como el cierre estanco del inyector (2).
El deflector, por su parte, impide el golpe de ariete y el embalamiento de la turbina durante las fases de parada programada o de emergencia de la turbina
El rodete (3) es una pieza maciza circular, fabricada generalmente en fundición de acero dotada en su periferia de un conjunto de cucharas con doble cuenco, denominadas álabes, sobre los que incide el chorro del agua.
Turbinas Francis
Las turbinas Francis son turbinas de reacción caracterizadas por incidir el agua sobre el rodete, al que atraviesa, en dirección radial siendo descargada en paralelo al eje de rotación, en dirección axial, mediante su orientación en un ángulo de 90º.
En la figura 13 se representa una turbina Francis con cámara de entrada cerrada en forma espiral.
Figura 13. Turbina Francis con cámara espiral (Cortesía de VOITH).
1 Cámara espiral / 2 Alabe móvil / 3 Rodete
4 Codo y tubo de descarga / 5 Eje de turbina / 6 Generador
La admisión del agua es regulada por el distribuidor que, conjuntamente con la cámara espiral (1), tiene la misión de dar al agua la velocidad y orientación más adecuadas para entrar en el rodete (3).
El distribuidor puede ser de álabes orientables o fijos. El más utilizado es el de álabes orientables.
El rodete (3) es una pieza troncocónica formada por un conjunto de paletas fijas, denominadas álabes, cuya disposición da lugar a la formación de unos canales hidráulicos por los que se descarga el agua turbinada.
Las turbinas Francis pueden ser instaladas en una amplia gama de aprovechamientos, abarcando caudales desde 150 l/s hasta 40.000 l/s en saltos entre 2 y 250 m Su rango de funcionamiento es aceptable, pudiendo turbinar a partir del 40% del caudal nominal de la turbina.
En minicentrales que se instalan turbinas Francis, éstas son generalmente de eje horizontal con un único rodete..
Turbinas Kaplan
Las turbinas Kaplan se adaptan óptimamente a los aprovechamientos caracterizados por pequeños saltos, en general inferiores a 30 m, y caudales altos.
La gama de funcionamiento es muy amplia siendo capaz de turbinar hasta el 25% del caudal nominal de la turbina.
No admite muchas posibilidades de instalación reduciéndose, en la práctica, a turbinas con eje vertical u horizontal.
Figura 14. Turbina Kaplan de eje horizontal, tipo S (Cortesía de VOITH).
1 Distribuidor y palas distribuidor
2 Eje de turbina
3 Rodete
4 Generador
La admisión del agua es regulada por un distribuidor (1) con funcionamiento idéntico al instalado en las turbinas Francis.
El rodete (3) tiene forma de hélice siendo orientables los álabes mediante un servomotor gobernado por un grupo oleohidráulico.La descarga del agua turbinada se realiza por el tubo de aspiración acodado construido, en general, en hormigón y con frecuencia blindado con chapa de acero.
SELECCIÓN DEL TIPO DE TURBINA
Para preseleccionar el tipo de turbina a instalar en una minicentral, se utilizan unos ábacos que suelen facilitar los fabricantes de turbinas. Con ellos, se determina el tipo de turbina a partir de los parámetros de salto y caudal.
Tal y como puede verse en la figura 15, entrando en abcisas con el salto en m y en ordenadas en el caudal de agua en m3/s, se obtendría el tipo de turbina más adecuado para la instalación.
No obstante, para elegir la turbina definitiva garantizando la máxima rentabilidad de la minicen-tral, se deberán tener en cuenta la curva de caudales clasificados, imprescindible para determinar el caudal de equipamiento, y la infraestructura existente del aprovechamiento.
En el apéndice A.3. se recoge una relación de fabricantes de turbinas hidráulicas |
