¿Qué es una Turbina Hidroeléctrica?
Una turbina hidroeléctrica es una turbina utilizada para la generación de energía hidroeléctrica en presas. Se instalan en lugares donde caen grandes cantidades de agua desde lugares elevados, como cascadas y presas, o donde grandes cantidades de agua se mueven a gran velocidad, como los rápidos, para hacer girar la turbina y convertir su energía en electricidad.
Las turbinas hidráulicas para la generación de energía hidroeléctrica se clasifican en turbinas de impulso y turbinas de reacción, y ambas difieren en la forma en que el agua que cae hace girar las palas. Un ejemplo de turbina de impulso es la turbina Pelton, que utiliza la energía de la velocidad de caída del agua acelerada para hacer girar los álabes. En cambio, las turbinas de reacción son las turbinas Francis y las turbinas de hélice, que utilizan la velocidad y la presión del agua para hacer girar los álabes.
Tipos y Construcción de Turbinas Hidroeléctricas
Mientras que las turbinas hidráulicas anteriores utilizaban la energía potencial del agua que caía para hacer girar los álabes, las turbinas hidráulicas modernas convierten la energía potencial del agua en energía de velocidad y aplican el agua a alta velocidad a los álabes para hacer girar la turbina.
Existen dos tipos de turbinas hidroeléctricas con diferentes mecanismos de rotación de los álabes: turbinas de impulso y turbinas de reacción. Un ejemplo de turbina de impulso es la turbina Pelton, mientras que un ejemplo de turbina de reacción es la turbina Francis o turbina de hélice.
Las turbinas hidroeléctricas son muy grandes y tienen una gran capacidad de generación, por lo que incluso un cambio del 1% en el rendimiento tiene un impacto significativo en la cantidad de producción. Por lo tanto, hay que diseñarlas utilizando el método más adecuado en función de condiciones como el tamaño de la central y la altura del agua que cae sobre ella.
Turbinas Hidráulicas de Impulso
Un ejemplo típico de turbina de impulso es la turbina Pelton. Las turbinas Pelton utilizan únicamente la velocidad del agua y se emplean en centrales con grandes desniveles y altas velocidades del agua. Las turbinas Pelton utilizan una tobera estrecha en el extremo de una tubería de agua corriente, que pulveriza un fuerte chorro de agua sobre los álabes de la turbina, llamados rotores, para hacer girar la turbina.
Las turbinas Pelton se utilizan en casi todas las centrales con grandes caídas de agua, la mayor de las cuales es la central de Büdron, en Suiza, donde la caída de agua es de unos 1900 metros. Las turbinas Pelton tienen un rendimiento máximo inferior al de otros métodos.
Turbinas de Reacción
Las turbinas Francis y las turbinas de hélice son ejemplos típicos de turbinas de reacción. Las turbinas Francis utilizan la velocidad y la presión del agua para hacer girar los rodetes. El agua que cae entra en la carcasa en espiral y fluye en forma de remolino hacia el interior, pasando a través de álabes móviles (granero guía) para ajustar el caudal y entrando en contacto con los rodetes para hacer girar la turbina.
Las turbinas Francis representan alrededor del 70% de las presas hidroeléctricas de Japón y son únicas en el sentido de que pueden utilizarse en una amplia gama de zonas, desde 10 m hasta 300 m de desnivel. Una de las más grandes es la central de Arimine Nº 1, de la Hokuriku Electric Power Company, con 430 metros de desnivel.
El principio básico de una turbina de hélice es similar al de una turbina Francis: el agua que cae pasa por una carcasa y un granero guía antes de entrar en contacto con los rodetes y hacer girar la turbina. Sin embargo, las turbinas de hélice se diferencian de las turbinas Francis por la forma de los rodetes, que tienen forma de hélice de barco. Las turbinas de hélice suelen utilizarse en centrales eléctricas donde la caída de agua es relativamente pequeña y el caudal es elevado.
Últimamente, cada vez más centrales eléctricas de pequeña potencia, también conocidas como microcentrales hidroeléctricas, utilizan sistemas de generación de energía con pequeñas caídas de agua y requisitos energéticos, como este tipo de turbina de retroceso. Las microcentrales hidroeléctricas utilizan caudales de agua, por ejemplo, para el abastecimiento de agua, el alcantarillado y la agricultura, y se emplean turbinas de hélice.
Turbinas de Agua y Turbinas para Energía Hidroeléctrica
Las turbinas hidroeléctricas están conectadas a un generador, y la rotación de la turbina hace girar el generador, generando así electricidad. Por lo tanto, las turbinas de agua pueden considerarse un tipo de turbina.
En la generación hidroeléctrica, el número de revoluciones de la turbina varía en función de la cantidad de agua y del descenso del nivel del agua, y existe el riesgo de que las fluctuaciones en el número de revoluciones provoquen también inestabilidad en la producción eléctrica. Por lo tanto, es necesario reducir los efectos de las fluctuaciones de velocidad y presión causadas por esos cambios en el volumen de agua. En la práctica, se toman medidas como añadir aire o agua al centro de vórtice de la carcasa.