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 dun sol rotor amb àleps, que proporcionen intercanvi denergia amb el flux. Els àleps del rodet desvien el flux de corrent per transformar l'energia cinètica i energia de pressió, o per intercanviar quantitat de moviment del fluid amb un moment de força a l'eix.
El moment de forces a 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 es fa servir directament per obtenir un treball mecànic.
La majoria de les turbines hidràuliques el flux daigua 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 a la direcció de l'eix i després allunyant-se'n.
Classificació: tipus de turbines hidràulica
Les turbines hidràuliques, utilitzades a les instal·lacions d'energia hidràulica, es poden classificar segons dos criteris.
Una primera classificació segons la 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 de l‟aigua al‟interior de la turbina.
Segons el 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 (rodete o rotor) dotada de culleres a la seva perifèria. Aquestes culleres estan dissenyades especialment 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 és una turbina de reacció de flux intern que combina conceptes tant de flux radial com de flux axial.
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 a salts mitjans-alts amb cabals mitjans, sent capaç de produir potències elevadíssimes.
3. Turbina Kaplan
Les turbines Kaplan són turbines d'aigua de reacció de flux axial, amb un corró que funciona de manera semblant a l'hèlix d'un vaixell.
S'utilitzen en centrals hidroelèctriques 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. Així, la turbina s'adapta a les necessitats de potència de cada moment. S'utilitza en instal·lacions amb salts petits i grans cabals d'aigua, com els dels embassaments.
4. Turbina hèlix
Com totes les turbines hidràuliques, la turbina hèlix consisteix en una corona directriu amb àleps directrius i un rotor. Depenent del flux es pot fer la turbina hèlix amb regulació simple (ajustació d'àleps directrius) o doble (ajustació d'àleps directrius i de velocitat de gir del rotor).
Els àleps directrius ajusten el volum de flux daigua que entra al rotor. Al 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 assolir punts d'operació amb poca aigua que no es poden assolir amb una turbina Kaplan.
Parts duna turbina hidràulica
Les parts principals d'una turbina hidràulica són:
- Rotor o Àlabes : Són les parts mòbils de la turbina. Estan dissenyats per ser copejats pel flux d'aigua, cosa que provoca la seva rotació. La forma dels àleps depèn del tipus de turbina, com Pelton, Francis o Kaplan.
- Eix : Connecta el rotor a un generador o sistema mecànic. L'eix transmet el moviment de rotació del rotor a la màquina generadora d'electricitat oa un altre dispositiu útil.
- Carcassa : És l'estructura que envolta i protegeix el rotor, mantenint la direcció del flux d'aigua i facilitant la transferència d'energia des de l'aigua al rotor. També ajuda a controlar el flux daigua cap al rotor.
- Turbina (Cos) : El cos és la part de la turbina que conté tots els components. En general, és on l'aigua entra, es dirigeix cap als àleps i s'expulsa després d'haver transferit la seva energia al rotor.
- Angle de les pales : En algunes turbines, especialment a les Kaplan, l'angle de les pales és ajustable per optimitzar l'eficiència segons el cabal i l'alçada de caiguda de l'aigua.
- Conducte d'entrada (Tuberia o Canal d'Admissió) És el conducte per on l'aigua arriba a la turbina, canalitzant el flux d'aigua cap a les pales de la turbina. La pressió i la velocitat de laigua són factors importants per al rendiment de la turbina.
- Regulador o governador : És un sistema que controla la velocitat de rotació de la turbina ajustant el flux d'aigua que arriba a les pales. Permet que la turbina operi a la màxima eficiència.
- Difusor : En algunes turbines, el difusor es troba al final de la turbina i té la funció de reduir la velocitat de l'aigua mentre augmenta la pressió abans que surti al medi ambient. Això ajuda a millorar leficiència de la turbina.
- Vàlvules : En molts sistemes hidràulics, s'utilitzen vàlvules per controlar la quantitat d'aigua que entra a la turbina. Les vàlvules també són essencials per iniciar o aturar loperació de la turbina de forma segura.