¿Qué tipos de turbinas se utilizan en la energía hidroeléctrica?

Hay dos tipos principales de turbinas hidroeléctricas: de reacción y de impulso.

El tipo de turbina hidroeléctrica seleccionado para un proyecto se basa en la altura del agua estancada, denominada "salto", y el caudal, o volumen de agua a lo largo del tiempo, en el sitio. Otros factores decisivos incluyen la profundidad a la que debe instalarse la turbina, la eficiencia de la turbina y el costo.

Aquí se presentan algunas de las turbinas más utilizadas en el mundo hoy en día.

• Turbina de Reacción

Una turbina de reacción genera energía a partir de las fuerzas combinadas de la presión y el agua en movimiento. Un rodete se coloca directamente en la corriente de agua, permitiendo que el agua fluya sobre las palas en lugar de golpear cada una individualmente. Las turbinas de reacción se utilizan generalmente para sitios con menor salto y mayores caudales y son el tipo más común utilizado actualmente en proyectos hidroeléctricos.

Los dos tipos más comunes de turbinas de reacción son la de hélice (incluida la Kaplan) y la Francis. Las turbinas cinéticas también son un tipo de turbina de reacción.

Turbina de Hélice: Una turbina de hélice generalmente tiene un rodete con tres a seis palas. El agua contacta con todas las palas constantemente. Imagina una hélice de barco funcionando en una tubería. A través de la tubería, la presión es constante; si no lo fuera, el rodete estaría desequilibrado. El paso de las palas puede ser fijo o ajustable. Los componentes principales además del rodete son una caja espiral, compuertas directrices y un tubo de aspiración. Existen varios tipos diferentes de turbinas de hélice:

Turbina Bulbo: La turbina y el generador son una unidad sellada colocada directamente en la corriente de agua.

Turbina Kaplan: Tanto las palas como las compuertas directrices son ajustables, lo que permite un rango de operación más amplio.

Turbina Francis: La turbina Francis fue la primera turbina hidroeléctrica moderna y fue inventada por el ingeniero británico-estadounidense James Francis en 1849. Una turbina Francis tiene un rodete con palas fijas, generalmente nueve o más. El agua se introduce justo por encima del rodete y a su alrededor, cayendo a través de él, lo que hace que las palas giren. Además del rodete, los otros componentes principales incluyen una caja espiral, compuertas directrices y un tubo de aspiración. Las turbinas Francis se utilizan comúnmente para situaciones de salto medio a alto (130 a 2000 pies), aunque también se han utilizado para saltos más bajos. Las turbinas Francis funcionan bien tanto en orientación horizontal como vertical.

• Turbina de Impulso

Una turbina de impulso generalmente utiliza la velocidad del agua para mover el rodete y descarga a presión atmosférica. Una corriente de agua golpea cada cazo del rodete. Sin succión en la parte inferior de la turbina, el agua sale por la parte inferior de la carcasa de la turbina después de golpear el rodete. Una turbina de impulso es generalmente adecuada para aplicaciones de alto salto y bajo caudal. Los dos tipos principales de turbinas de impulso son las Pelton y las de flujo cruzado.

Turbina Pelton: La turbina Pelton fue inventada por el inventor estadounidense Lester Allan Pelton en la década de 1870. Una rueda Pelton tiene uno o más chorros libres que descargan agua en un espacio aireado e impactan en los cazos de un rodete. Las turbinas Pelton se utilizan generalmente para saltos muy altos y caudales bajos. No se requieren tubos de aspiración para una turbina de impulso porque el rodete debe ubicarse por encima del nivel máximo de agua de cola para permitir la operación a presión atmosférica.

Turbina Turgo: es un tipo de turbina de impulso y adecuada para saltos de 50m-250m, entre la turbina Francis y la turbina Pelton.
La característica es que se forma un ángulo de 22,5° entre la línea central del chorro de la boquilla y el plano de rotación del rodete. El agua de la tubería forzada se transforma en un chorro de alta velocidad a través de la boquilla. El agua se dirige oblicuamente a un lado del rodete y descarga por el otro. La fuerza dinámica del flujo de agua hace que el rodete gire rápidamente.

Turbina de Flujo Cruzado: La turbina de flujo cruzado original fue diseñada por Anthony Michell, un ingeniero austriaco, a principios del siglo XX. Más tarde, Donát Bánki, un ingeniero húngaro, la mejoró, y fue mejorada aún más por el ingeniero alemán Fritz Ossberger. Una turbina de flujo cruzado tiene forma de tambor y utiliza una boquilla alargada y rectangular dirigida contra álabes curvos en un rodete de forma cilíndrica. Se asemeja a un soplador de "jaula de ardilla". La turbina de flujo cruzado permite que el agua fluya a través de las palas dos veces. En el primer paso, el agua fluye desde el exterior de las palas hacia el interior; el segundo paso va desde el interior hacia afuera. Una compuerta directriz en la entrada de la turbina dirige el flujo hacia una porción limitada del rodete. La turbina de flujo cruzado se desarrolló para acomodar mayores caudales de agua y menores saltos que los que puede manejar la Pelton.