Una turbina hidràulica és una màquina que transforma l'energia d'un cabal d'aigua 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.
Una turbina simple consta d'un sol rotor amb àleps, que proporcionen intercanvi d'energia amb el flux. Els àleps del rodet rodet desvien el flux de corrent per a transformar l'energia cinètica i energia de pressió, o per intercanviar quantitat de moviment del fluid amb un moment de força en l'eix.
El moment de forces en l'eix provoca la rotació de la turbina generant energia cinètica de rotació. Si la turbina està connectada a un generador elèctric s'obté electricitat. En altres casos, aquesta energia s'utilitza directament per a obtenir un treball mecànic.
La majoria de les turbines hidràuliques el flux d'aigua és axial o radial. No obstant això, en una turbina de flux transversal, l'aigua passa a través dels àleps de la turbina en direcció transversal dues vegades, primer en la direcció de l'eix i després allunyant-se d'ell.
Tipus de turbines hidràuliques
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 poden ser d'acció o de reacció. Les turbines d'acció només aprofiten la velocitat del flux d'aigua, mentre que les de reacció també aprofiten la pèrdua de pressió d'aigua a l'interior de la turbina.
Segons el seu disseny, una turbina pot ser:
1. Turbina Pelton
Les turbines Pelton són turbines d'acció de flux transversal i admissió parcial. Un dels tipus més eficients de turbina hidràulica.
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.
2. Turbina Francis
La turbina 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.
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.
3. Tigre de turbina
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 instal·lacions amb salts d'aigua petits. 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. D'aquesta manera, la turbina s'adapta a les necessitats de potència de cada moment. S'utilitza en instal·lacions amb petits salts i grans cabals d'aigua, com els dels embassaments.
4. Turbina d'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 ajusten el volum de flux d'aigua 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.
Des del punt de vista de l'eficiència, la turbina hèlix es pot comparar amb una turbina Kaplan. A més, la regulació electrònica d'una turbina hèlix permet aconseguir punts d'operació amb poca aigua que no es poden aconseguir amb una turbina Kaplan.
