La turbina hidráulica es un aparato motor que se encarga de transformar energía cinética en energía potencial. Toma la energía a partir de un fluido, por lo general agua, transformándola en energía de rotación. Este movimiento moviliza una máquina o un generador eléctrico para que la energía mecánica rotativa pase a ser energía eléctrica. Las turbinas hidroeléctricas son la pieza fundamental de una central hidroeléctrica.
Para qué sirve una turbina hidráulica?
La turbina hidráulica tiene como función aprovechar la energía del fluido que pasa por ella para producir energía de rotación. Esta energía dinámica se convierte en energía eléctrica gracias a un generador que permite esta modificación de energía.
Dicho en pocas palabras: Una turbina hidráulica sirve para convertir energía potencial en energía cinética y energía eléctrica. Este mecanismo es aprovechado por las centrales hidráulicas para tomar la energía de las caídas y corrientes de agua y obtener energía eléctrica.
Como funciona una turbina hidráulica?
La turbina hidráulica se coloca fija en un lugar estratégico, por donde fluye agua o hay una caída de la misma. Cuando el líquido pasa a través de su mecanismo, las aspas o paletas del rotor sufren una caída de la presión que las impulsa y hace que la turbina gire.
A medida que el medio se mueva más rápido, la caída de presión será mayor y la velocidad giratoria más alta. Esta energía de rotación es captada por un generador o una máquina que se encarga de transformar la energía dinámica en energía eléctrica. Puedes ver cómo funciona una turbina hidráulica aquí.
Partes de una turbina hidráulica
- Distribuidor: Este es un elemento que no se mueve, en él no se produce trabajo mecánico y carece de velocidad angular. Sirve para que el flujo de agua se acelere al transformar completa o parcialmente energía potencial en energía cinética. El distribuidor dirige el agua hacia otro componente llamado rodete y actúa como regulador del caudal. Las formas del distribuidor pueden variar, en las turbinas de acción puede ser de inyector y en las turbinas de reacción puede ser de forma axial, semi axial o radial.
- Rodete: Se conoce como rodete, rueda o rotor al elemento básico de las turbinas hidráulicas. Este es, esencialmente, un disco que tiene un sistema de paletas, álabes o cucharas y que está animado por cierto grado de velocidad angular. La energía hidráulica que proviene del fluido o salto de agua es transformada en energía mecánica justamente en el rodete. Puede ser por aceleración y desviación o simplemente por desviación del flujo líquido a medida que pasa por las paletas.
- Tubo de aspiración: Es un componente encontrado casi siempre en las turbinas de reacción, va instalado después del rodete y tiene forma de conducto divergente. Posee forma recta o acodada y se encarga de rescatar la altura que hay entre la salida del rotor y el nivel del canal de desagüe. También recupera parte de energía cinética perteneciente a la velocidad residual del fluido en la salida del rotor. Eventualmente puede encontrarse el tubo de aspiración en las turbinas de acción adoptando forma cilíndrica.
- Carcasa: Es el componente que se encarga de soportar y cubrir las partes de la turbina. En ciertos modelos, como Kaplan y Francis, tiene forma de espiral.
Tipos de turbinas hidráulicas
La turbina hidráulica es un subgrupo de las turbo máquinas, por lo que su clasificación es similar. Se dividen tomando en cuenta el cambio en la presión del rodete o el grado de reacción y de acuerdo al diseño del rotor.
Turbinas hidráulicas de acuerdo al grado de reacción
De acuerdo a como esté colocado el eje de la turbina, pueden ser turbinas de eje vertical o eje horizontal. También pueden clasificarse de acuerdo a la dirección en que entra el fluido, por lo que estas pueden ser:
- Turbinas radiales-axiales: Es cuando el fluido entra al rotor en forma radial para luego cambiar su dirección y salir de forma paralela al eje rotativo, es decir, de forma axial o en la misma dirección del eje.
- Turbinas axiales: El fluido saldrá de forma paralela o en la misma dirección del eje de rotación.
- Turbinas Tangenciales: Cuando el fluido golpea el rotor en la periferia.
Turbinas hidráulicas de acuerdo a su reactividad
Esta puede que sea la clasificación más importante de las turbinas hidráulicas, son dos modelos: De acción y de reacción.
- De acción: En este caso el fluido mueve la turbina golpeando directamente las paletas del rotor. En este caso particular es necesario que haya una caída alta del fluido para que golpee fuertemente.
- De reacción: Aquí el fluido va a mover el rodete, no por golpe, sino por reacción provocada por la salida del agua sobre el rotor. Es necesario que exista un caudal grande de fluido para que pueda empujar el agua a las tuberías, salga con mucha presión y mueva el rotor con fuerza. En este caso, la altura no importa tanto, pues no se van a golpear los alabes directamente. Lo importante es que haya suficiente caudal de agua.
Modelos de turbinas hidráulicas
Las turbinas hidráulicas se presentan en diferentes modelos que integran las características mencionadas anteriormente. Cada tipo de turbina se usa de acuerdo a la necesidad y a la forma en que se presente el fluido.
- Turbina Kaplan: Es una turbina del tipo axial que, además, tiene la particularidad de variar el ángulo de las palas mientras funciona. Se ha diseñado para ser usada en saltos de agua pequeños, pero con caudales grandes. Se trata de una turbina de reacción.
- Turbina Hélice: Con válvulas regulables, como el caso anterior, pero con el ángulo de las paletas fijo. En vez de cambiar el ángulo, es posible cambiar la velocidad del rodete.
- Turbina Pelton: Es una turbina con flujo transversal, con admisión parcial. Se dice que tiene cucharas en vez de palas o alabes. Son diseñadas para saltos de agua grandes, pero caudales pequeños. Se considera una turbina de acción.
- Turbina Francis: Para flujo mixto y de reacción. Hay diseños elaborados que permiten el cambio de los ángulos de las paletas durante el funcionamiento. Trabaja con saltos y caudales medios.
- Turbina Ossberger/Banki/Michell: Es una turbina con libre desviación, admisión parcial y radial. Se considera una turbina de régimen lento por el número de revoluciones específicas. Ha sido diseñada para saltos medios.
