Conca hidràulica.
Energia hidràulica.

Presa.
Energia hidràulica.

Turbines hidràuliques

Turbines hidràuliques

Una turbina és una turbomáquina que converteix l'energia de flux d'un fluid (líquid o gas) en energia mecànica per mitjà d'un sistema de fulles giratòries. Aquesta energia mecànica es pot utilitzar per alimentar una altra màquina o un generador elèctric.

El nom de turbina va ser proposat per Claude Burdin durant un concurs d'enginyeria en 1828. Aquest nom prové de la turbina llatina, que significa corrent de Foucault.

Una turbina simple consta d'un sol rotor amb àleps, que proporcionen intercanvi d'energia amb el flux. Els primers exemples de turbines són turbines eòliques i molins d'aigua (energia eòlica i energia hidràulica).

Les turbines de gas, vapor i aigua generalment tenen una carcassa al voltant del rotor. Aquesta carcassa condueix el flux en la direcció desitjada, el que beneficia la eficiencia.Las turbines de vapor s'utilitzen en determinades instal·lacions d'energia solar tèrmica de generació elèctrica. Aquest tipus de turbines també s'utilitzen en centrals tèrmiques que utilitzen combustibles fòssils o en centrals nuclears

El revers d'una turbina és un compressor. Els compressors s'utilitzen en algunes turbines de gas i estan disponibles en dues configuracions: el compressor radial i el compressor axial, que porten el nom de la direcció en la que flueix el fluid durant la compressió.

Tipus de turbines hidràulica

Les turbines hidràuliques, utilitzades en les instal·lacions d'energia hidràulica, es poden classificar segons dos criteris. Una primera classificació segons la seva forma de funcionar i una Segona classificació de turbina en funció del disseny.

Quant a la seva manera de funcionar, la turbina hidràulica es pot classificar en dos grups:

  • Turbines hidràuliques d'acció: només aprofiten la velocitat del flux d'aigua.
  • Turbines hidràuliques de reacció: aprofiten tant la velocitat com la pèrdua de pressió de l'aigua a l'interior de la turbina.

En funció del disseny del rotor de la turbina es poden diferenciar els següents tipus de turbina:

  • Turbina de Hèlix: turbines de reacció de tipus axial, com un hèlix col·locada en el pal horitzontal.
  • Turbina Kaplan: turbines de reacció de tipus axial, són com turbines d'hèlix que a més poden variar l'angle i les pales de l'hèlix durant el seu funcionament. Són més eficients amb grans cabals i salts d'aigua petits.
  • Turbina Pelton: turbines d'acció de flux transversal (turbina en disposició vertical) i admissió parcial. Són una evolució dels molins d'aigua. Estan dissenyades per treballar amb salts d'aigua molt grans però amb petits cabals.
  • Turbina Francis: turbines de reacció i de flux mixt. Dissenyades per a salts d'aigua i cabals mitjans.

Turbina Pelton

Un dels tipus més eficients de turbina hidràulica és la turbina Pelton. La turbina Pelton consisteix en una roda (rodet o rotor) dotada de culleres en la seva perifèria. Aquestes culleres estan especialment dissenyades per convertir l'energia hidràulica d'un raig d'aigua que incideix sobre les culleres.

Les turbines Pelton estan dissenyades per explotar grans salts hidràulics de baix cabal. Les centrals hidroelèctriques dotades d'aquest tipus de turbina compten, majoritàriament, amb una llarga canonada anomenada galeria de pressió per transportar al fluid des de grans altures.

Al final de la galeria de pressió se subministra l'aigua a la turbina per mitjà d'una o diverses vàlvules d'agulla, també anomenades injectors, els quals tenen forma de tovera per augmentar la velocitat del flux que incideix sobre les culleres.

Turbina Francis

La turbina Francis va ser desenvolupada per James B. Francis. Es tracta d'una turbina de reacció de flux intern que combina conceptes tant de flux radial com de flux axial.

La turbina Francis és el que s'anomena una turbina "de reacció", ja que l'element impulsor (normalment aigua) s'aplica a través d'ella, i és la mateixa circulació de l'element impulsor el que la fa moure. És una de les tres principals famílies de turbines ( Pelton, Francis i Kaplan).

Consta d'una part fixa, amb unes guies corbades anomenades deflectors (o distribuïdor), i d'una part mòbil amb àleps, també corbats, anomenada rotor. La inclinació dels deflectors es pot regular per ajustar el cabal aplicat als àleps, regulant així la velocitat de la turbina.

És un tipus de turbina molt apropiat per salts mitjans-alts amb cabals mitjans, sent capaç de produir potències elevadíssimes.

Turbina Kaplan

Les turbines Kaplan són turbines d'aigua de reacció de flux axial, amb un corró que funciona de manera similar a l'hèlix d'un vaixell. S'empren en istalaciones d'energia hidràulica amb salts de petita alçada. Les àmplies pales o àleps de la turbina són impulsades per aigua a alta pressió alliberada per una comporta.

L'aigua circula en el mateix sentit a l'eix. A més de poder regular la inclinació dels deflectors, també es pot regular la dels àleps del rotor, de manera que la turbina s'adapta a les necessitats de potència de cada moment. S'utilitza en instal·lacions d'energia renovable de tipus hidràulica per a petits salts i grans cabals, com els dels embassaments.

Turbina hèlix

Com totes les turbines hidràuliques la turbina hèlix consisteix d'una corona directriu amb àleps directrius i un rotor. Depenent del flux es pot realitzar la turbina hèlix amb regulació simple (ajustación de branques directrius) o doble (ajustación d'àleps directrius i de velocitat de gir del rotor).

Els àleps directrius arreglen el volum de flux que entra al rotor. En el mateix temps canvien la direcció del flux perquè entri al rotor amb la torsió pròpia així que el rotor giri.

El rotor d'una turbina hèlix té 3-5 àleps connectats fixos a l'eix del rotor. Segons la teoria de flux d'un àlep hi ha un flux ideal per a l'eficiència ideal d'un àlep. Com el flux i alçada de caiguda de l'aigua que entra la turbina no és constant s'han d'ajustar els àleps del rotor al flux real. El flux real es caracteritza per la pressió (energia potencial) i la velocitat (energia cinètica) que varien segons el volum del riu, els temps o la regulació de preses riu abajao. Per maximar l'eficiència de la turbina s'adapta el gir de rotació del rotor de la característica del flux. Aquest principi requereix un generador síncron i una conversió corrent per ajustar-li per al subministrament de la xarxa.

En canvi, el principi de regulació d'una turbina Kaplan és la ajustaión dels àleps del rotor (regulació mecànica).

Del punt d'eficiència la turbina hèlix es pot comparar amb una turbina Kaplan. A més, la regulació electrònica d'una turbina hèlix (regulació de velocitat del rotor) permet aconseguir punts d'operació amb poca aigua que no es poden aconseguir amb una turbina Kaplan. Això és perquè la turbina Kaplan opera amb velocitat de gir constant i quan no hi ha prou aigua no es pot mantenir l'alta velocitat de gir. La turbina hèlix subministra encara amb poca velocitat de gir.

valoración: 3 - votos 1

Última revisió: 25 de octubre de 2018