Una turbina hidràulica, amb les turbines Kaplan, Pelton i Francis com les més comunes, és una gran màquina rotativa que treballa per convertir l'energia cinètica i potencial en hidroelectricitat. Aquests equivalents moderns de la roda hidràulica s'han utilitzat durant més de 135 anys per a la generació d'energia industrial i, més recentment, per a la generació d'energia hidroelèctrica.
Per a què s'utilitzen les turbines d'aigua avui dia?
Avui dia, l'energia hidroelèctrica contribueix al 16% de la generació d'energia mundial. Al segle XIX, les turbines hidràuliques s'utilitzaven predominantment per a l'energia industrial abans que les xarxes elèctriques es generalitzessin. Actualment, s'utilitzen per a la generació d'energia elèctrica i es poden trobar en preses o zones on es produeix un flux d'aigua pesada.
Amb l'augment ràpid de la demanda mundial d'energia i factors com el canvi climàtic i l'esgotament dels combustibles fòssils, la hidroelectricitat té el potencial de tenir un gran impacte com a forma d'energia verda a escala mundial. A mesura que continua la cerca de fonts d'energia netes i respectuoses amb el medi ambient, les turbines Francis podrien resultar ser una solució molt popular i cada cop més adoptada en els propers anys.
Com generen electricitat les turbines d'aigua?
La pressió de l'aigua creada a partir de l'aigua que flueix de manera natural o artificial existeix com a font d'energia per a les turbines hidràuliques. Aquesta energia es captura i es converteix en energia hidroelèctrica. Una central hidroelèctrica generalment utilitza una presa en un riu actiu per emmagatzemar aigua. L'aigua s'allibera en increments, fluint a través de la turbina, fent-la girar i activant un generador que produeix electricitat.
Quina mida tenen les turbines d'aigua?
Segons la pressió a la qual operen, les turbines hidràuliques es poden classificar en alta, mitjana i baixa pressió. Els sistemes hidroelèctrics de baixa pressió són més grans, ja que la turbina hidràulica ha de ser gran per aconseguir un cabal elevat mentre que s'aplica una baixa pressió d'aigua a través de les pales. Al seu torn, els sistemes hidroelèctrics d'alta pressió no necessiten una circumferència de superfície tan gran, ja que s'utilitzen per aprofitar l'energia de fonts d'aigua que es mouen més ràpidament.
Gràfic que explica la mida de les diferents parts del sistema hidroelèctric, inclosa la turbina hidràulica
Un gràfic que explica la mida de les diferents parts del sistema hidroelèctric, inclosa la turbina hidràulica
A continuació, explicarem alguns exemples de diferents tipus de turbines hidràuliques utilitzades per a diferents aplicacions i pressions d'aigua.
Turbina Kaplan (alçada de pressió de 0 a 60 m)
Aquestes turbines es coneixen com a turbines de reacció de flux axial, ja que canvien la pressió de l'aigua a mesura que flueix a través d'ella. La turbina Kaplan s'assembla a una hèlix i té pales ajustables per maximitzar l'eficiència en una gamma de nivells d'aigua i pressió.
Un diagrama de turbina Kaplan
Turbina Pelton (300 m-1600 m de pressió)
La turbina Pelton —o roda Pelton— es coneix com a turbina d'impuls, ja que extreu energia de l'aigua en moviment. Aquesta turbina és adequada per a aplicacions d'alta pressió, ja que requereix una gran quantitat de pressió d'aigua per aplicar força sobre les galledes en forma de cullera i fer que el disc giri i generi energia.
Turbina Pelton
Turbina Francis (60 m-300 m de pressió)
La turbina hidràulica final i més famosa, la turbina Francis, representa el 60% de l'energia hidroelèctrica mundial. Funcionant com una turbina d'impacte i reacció que opera a una alçada mitjana, la turbina Francis combina conceptes de flux axial i radial. D'aquesta manera, la turbina omple el buit entre les turbines d'alta i baixa alçada, creant un disseny més eficient i desafiant els enginyers actuals a millorar-lo encara més.
Més concretament, una turbina Francis funciona mitjançant el flux d'aigua a través d'una carcassa en espiral cap a uns àleps guia (estàtics) que controlen el flux d'aigua cap a les àleps (en moviment) del rodet. L'aigua obliga el rodet a girar mitjançant l'impacte combinat i la reacció de les forces, i finalment surt del rodet a través d'un tub de tiratge que descarrega el flux d'aigua a l'entorn extern.
Com puc triar un disseny de turbina d'aigua?
L'elecció del disseny òptim de la turbina sovint es redueix a una cosa: la quantitat d'alçada i el cabal al qual teniu accés. Un cop hàgiu establert quin tipus de pressió d'aigua podeu aprofitar, podeu decidir si un "disseny de turbina de reacció" tancat com la turbina Francis o un "disseny de turbina d'impuls" obert, com la turbina Pelton, és més adequat.
Diagrama de la turbina d'aigua
Finalment, podeu establir la velocitat de rotació necessària del generador elèctric que proposeu.
Data de publicació: 15 de juliol de 2022
