¿Qué es una turbina hidráulica?
Una turbina hidráulica es una máquina que convierte la energía del agua en movimiento en la fuerza de rotación de un eje. El eje giratorio se puede conectar a un generador para generar electricidad. La principal distinción de una turbina hidráulica de otra es si se trata de un tipo de reacción o de impulso. Estas categorías se clasifican además en diseños específicos que incluyen Francis, Kaplan, Pelton, Turgo y turbinas de flujo cruzado.
Una turbina de reacción crea rotación al encerrar el eje con su rueda adjunta en una carcasa para contener la presión del agua y al operar sumergido dentro del flujo de agua. Las aspas anguladas alrededor del eje en una turbina hidráulica de reacción hacen que el elevador tome presión y fuerza del agua y la convierta en rotación. Las turbinas de reacción generalmente operan con niveles bajos o moderados de presión de agua.
Un tipo de turbina hidráulica de reacción es el diseño Francis. Una entrada en forma de espiral dirige el agua hacia la rueda o corredor. Las paletas ajustables guían el agua contra el corredor en el ángulo deseado. La presión y el flujo del agua cambian por la reacción con el corredor, creando así un par.
La turbina Kaplan, o hélice, es otra variación del tipo de reacción. El diseño incorpora paletas para guiar el flujo de agua y las palas en el eje del rotor de forma similar a la hélice de un barco. Las cuchillas son ajustables para maximizar la eficiencia a través de un rango de niveles de presión si hay suficiente flujo de agua, lo que hace que este diseño sea muy flexible.
Una turbina de impulso crea rotación a través de la fuerza de una corriente de agua dirigida hacia una serie de cubos o copas que rodean el eje. Los cubos no están sumergidos en agua, sino que son movidos por la corriente de agua. La velocidad del agua aumenta al forzarla a través de una boquilla antes de que golpee los cubos. Las turbinas de impulso pueden operar a altos niveles de carga y no requieren que la rueda esté encerrada.
La versión Pelton de la turbina hidráulica de impulso, es decir, la rueda Pelton, tiene una serie de cucharones en un anillo alrededor del eje. Los cubos se dividen en el medio para que la fuerza del agua de la boquilla no sea bloqueada por un cubo para que no llegue al siguiente. El agua se curva alrededor de la forma de cada cubo redondeado en casi 180 ° y su velocidad disminuye sustancialmente. El agua ralentizada cae en un canal de descarga debajo de la turbina.
Otra turbina de impulso es el diseño de Turgo. Esta unidad es similar a la rueda Pelton, pero los cubos son planos en un borde rodeados por una banda circundante. La boquilla dirige el agua contra los cubos para que entre por un lado y se descargue por el otro. El Turgo maneja una velocidad más alta que la configuración de Pelton usando una rueda más pequeña porque el agua de entrada no se mezcla con la descarga.
Las turbinas de flujo cruzado funcionan con un rotor en forma de tambor tapado en cada extremo y unido con listones redondeados que a veces tienen un diseño de hélice o de doble hélice. La boquilla de esta turbina hidráulica dirige el agua a través del rotor de modo que el agua contacte las palas dos veces antes de gastar su energía y caer en la descarga. Las turbinas de flujo cruzado pueden funcionar con muy poca altura, incluso con un flujo grande.