La turbina Turgo és una turbina hidràulica de tipus impuls dissenyada per a aplicacions de salt mitjà, que normalment funciona de manera efectiva amb salts nets d'entre 15 i 300 metres. Inventada i patentada per Eric Crewdson el 1919, la Turgo es va desenvolupar per satisfer la necessitat del mercat d'una versió de velocitat específica més alta de la turbina Pelton. El seu disseny li permet gestionar un cabal més gran que una roda Pelton del mateix diàmetre, cosa que comporta una major potència de sortida i sovint elimina la necessitat de transmissions costoses que augmenten la velocitat permetent la connexió directa a un generador.
A diferència del disseny Pelton, on els dolls d'aigua colpegen les galledes al centre i es desvien cap enrere, el doll del Turgo es dirigeix en un angle agut (normalment 22,5°) respecte al pla del col·lector. L'aigua entra per un costat del col·lector i surt pel costat oposat, minimitzant la interferència entre el flux de sortida i el doll d'entrada. Aquesta trajectòria de flux eficient, combinada amb un col·lector que té una velocitat específica més alta, fa que el Turgo sigui especialment adequat per a llocs amb grans variacions de cabal.
Components clau i disseny
La fabricació d'una turbina Turgo requereix un enfocament precís dels seus components principals per garantir l'eficiència i la durabilitat.
El corredor
Funció i importància: El rodet és el cor de la turbina, on es produeix la transferència d'energia de l'aigua a la rotació mecànica. El seu disseny afecta directament l'eficiència de la turbina.
Disseny de les pales: Les turbines Turgo presenten pales amb una forma 3D complexa i una forma de 勺状 (sháo zhuàng – semblant a una cullera). La superfície de la pala està dissenyada per facilitar l'evacuació ràpida i completa de l'aigua, minimitzant l'energia que s'emporta el flux de sortida. Per a les turbines més grans, les pales tenen una secció transversal de perfil aerodinàmic (com l'ala d'un avió) per a un rendiment hidràulic superior, tot i que això requereix una major precisió de fabricació. Per reduir el cost, les pales més petites o de microturbines de vegades es fabriquen amb una forma semiesfèrica, que és més senzilla de produir amb només una lleugera penalització d'eficiència.
Construcció: El rodet normalment es munta a partir de múltiples pales individuals. Un mètode de construcció comú consisteix a fabricar pales a partir de xapa d'acer de 2 mm de gruix, sovint utilitzant una premsa punxonadora, seguit de retallat i acabat. Aquestes pales s'assemblen i es solden entre una coberta exterior (wài lún huán – anell exterior de la roda) i un eix interior (nèi lún gǔ – eix interior de la roda). La coberta exterior afegeix resistència a les pales i ajuda a reduir les pèrdues per vent.
El broquet i el control de flux
Funció de la broqueta: La funció de la broqueta és accelerar l'aigua a pressió de la canonada fins a convertir-la en un raig d'alta velocitat (shè liú -射流). És un tub cònic que redueix gradualment la seva secció transversal, augmentant la velocitat de l'aigua.
Regulació del cabal: Per controlar la potència de sortida de la turbina, cal regular el cabal d'aigua. Això s'aconsegueix mitjançant una vàlvula de llança (o vàlvula d'agulla) situada dins de la broqueta, que es mou endavant i enrere per canviar el diàmetre del raig, o mitjançant una vàlvula de control manual a la conducta forçada. A més, els deflectors del raig s'utilitzen com a mesura de seguretat per desviar ràpidament el raig lluny del rodet en cas d'una pèrdua de càrrega sobtada, protegint la turbina de la sobrevelocitat i la conducta forçada de les sobrepressions.
Rodaments i carcassa
Rodaments: El conjunt de rodaments ha de suportar el pes combinat del rotor de la turbina i del generador, resistir l'empenta axial i gestionar les forces radials durant el funcionament. Una configuració típica per a una unitat microhidràulica Turgo pot incloure tant un rodament de rodets d'empenta com un rodament radial de boles d'una sola filera. Aquests rodaments estan dissenyats per ser robustos, capaços de suportar les pitjors condicions de funcionament, inclosa la velocitat de fugida temporal.
Fabricació i fabricació tradicionals
Per a les canonades d'acer, la fosa de metall tradicional i el mecanitzat de precisió són habituals. La complexa forma 3D de les pales sovint requereix el fresat per control numèric per ordinador (CNC) per aconseguir la precisió requerida, especialment per als perfils aerodinàmics més eficients. Com s'ha assenyalat, per a microturbines més senzilles, les pales es poden estampar o perforar a partir de xapa metàl·lica i després soldar, cosa que és un mètode més rendible.
La fabricació dels components estructurals de la turbina, com la carcassa, sovint implica la soldadura de plaques d'acer laminades. La boquilla i altres peces de control de flux es mecanitzen normalment amb metalls resistents a la corrosió com el bronze o l'acer inoxidable per suportar l'erosió.
Mètodes moderns i innovadors
Eines de disseny avançades: La fabricació moderna depèn en gran mesura de la dinàmica de fluids computacional (CFD) i altres eines de disseny numèric. Aquests paquets de programari permeten als enginyers simular el flux d'aigua a través del rodet, optimitzant la geometria de la pala per a una extracció d'energia i una eficiència màximes abans de construir qualsevol prototip físic.
Fabricació additiva (impressió 3D): La impressió 3D s'ha convertit en una eina potent per a la fabricació, especialment per a turbines Turgo a picoescala o per a la creació de prototips. La recerca ha produït amb èxit pales de turbina Turgo completes mitjançant impressores 3D. El procés implica:
Disseny de la fulla en programari de modelatge 3D (per exemple, SolidWorks).
Exportació del disseny com a fitxer STL.
Preparació de la impressió amb programari de tall (per exemple, Ultimaker Cura), on s'han de configurar acuradament paràmetres crítics com el flux del filament del broquet, la densitat d'ompliment, les estructures de suport i la temperatura d'impressió.
Execució de la impressió en una impressora 3D calibrada.
Aquest mètode permet la producció ràpida i rendible de peces complexes, cosa que el fa ideal per a aplicacions personalitzades a petita escala.
Rendiment i avantatges
Quan es fabriquen correctament, les turbines Turgo ofereixen diversos avantatges convincents:
Eficiència: Una turbina Turgo ben feta pot aconseguir altes eficiències. Les unitats operatives solen arribar al voltant del 87%, amb algunes proves de laboratori que mostren pics de fins al 90%. Les turbines de picoescala encara poden aconseguir eficiències superiors al 80%.
Robustesa i baix manteniment: La turbina Turgo és coneguda per la seva construcció senzilla i robusta, que es tradueix en uns requisits de manteniment mínims. El seu disseny, en particular la trajectòria angulada del raig, resulta en una menor degradació del rendiment a causa de materials abrasius com la sorra o el llim en comparació amb altres turbines, ja que el desgast es distribueix de manera més uniforme per les superfícies de les pales.
Flexibilitat operativa: Un punt fort clau del Turgo és la seva capacitat per mantenir una alta eficiència en una àmplia gamma de cabals. Això el fa excepcionalment adequat per a projectes hidroelèctrics de pas fluvial on el cabal d'aigua pot variar significativament. A diferència de les turbines Francis, el rendiment de les quals pot disminuir bruscament a cabals més baixos, el Turgo continua generant energia de manera eficaç.
Les tendències futures en la fabricació de turbines Turgo apunten cap a l'optimització contínua del disseny mitjançant la modelització avançada i una adopció més àmplia de la fabricació additiva tant per a la creació de prototips com per a la producció de peces finals. A mesura que continuen els esforços de recerca i desenvolupament, tal com destaquen diverses publicacions i treballs acadèmics, podem esperar més millores en el rendiment i la rendibilitat d'aquestes màquines hidroelèctriques versàtils.
Data de publicació: 17 de novembre de 2025
