Conductors de turbines d'aigua: tipus i especificacions tècniques

Les turbines d'aigua són components clau en els sistemes hidroelèctrics, ja que converteixen l'energia de l'aigua que flueix o cau en energia mecànica. Al cor d'aquest procés hi ha lacorredor, la part giratòria de la turbina que interactua directament amb el flux d'aigua. El disseny, el tipus i les especificacions tècniques de la turbina són fonamentals per determinar l'eficiència de la turbina, el rang de càrrega operativa i els escenaris d'aplicació.

1. Classificació dels rotors de les turbines d'aigua

Les turbines hidràuliques es classifiquen generalment en tres categories principals segons el tipus de cabal d'aigua que gestionen:

A. Corredors d'impuls

Les turbines d'impuls funcionen amb dolls d'aigua d'alta velocitat que colpegen les pales del rodet a pressió atmosfèrica. Aquests rodets estan dissenyats per aalt cabal, baix cabalaplicacions.

• Corredor de Pelton:

  • Estructura: Cubells en forma de cullera muntats a la perifèria d'una roda.

  • Rang de capçalera100–1800 metres.

  • VelocitatVelocitat de rotació baixa; sovint requereix augmentadors de velocitat.

  • AplicacionsZones muntanyoses, microenergia hidroelèctrica fora de la xarxa.

B. Corredors de reacció

Les turbines de reacció funcionen amb una pressió d'aigua que canvia gradualment a mesura que passa pel rodet. Aquests rodets estan submergits i operen sota pressió d'aigua.

• Francesc Corredor:

  • EstructuraFlux mixt amb moviment radial i axial cap a l'interior.

  • Rang de capçalera20–300 metres.

  • EficiènciaAlt, normalment superior al 90%.

  • AplicacionsÀmpliament utilitzat en centrals hidroelèctriques de salt mitjà.

• Corredor de Kaplan:

  • Estructura: Col·lector de flux axial amb àleps ajustables.

  • Rang de capçalera2–30 metres.

  • Característiques: Les fulles ajustables permeten una alta eficiència sota càrregues variables.

  • AplicacionsRius de baix cabal i alt cabal i aplicacions mareomotrius.

• Corredor d'hèlix:

  • EstructuraSimilar a Kaplan però amb fulles fixes.

  • EficiènciaÒptim només en condicions de flux constant.

  • AplicacionsPetites centrals hidroelèctriques amb cabal i salt estables.

C. Altres tipus de corredors

• Turgo Runner:

  • EstructuraEls dolls d'aigua colpegen el corredor en angle.

  • Rang de capçalera50–250 metres.

  • AvantatgeVelocitat de rotació més alta que la Pelton, construcció més senzilla.

  • AplicacionsCentrals hidroelèctriques petites i mitjanes.

• Colonitzador de flux creuat (turbina Banki-Michell):

  • EstructuraL'aigua flueix a través del corredor transversalment, dues vegades.

  • Rang de capçalera2–100 metres.

  • CaracterístiquesBo per a petites centrals hidroelèctriques i cabal variable.

  • AplicacionsSistemes aïllats de la xarxa, mini hidroelèctrica.

2. Especificacions tècniques clau dels corredors

Diferents tipus de corredors requereixen una atenció acurada als seus paràmetres tècnics per garantir un rendiment òptim:

3. Criteris de selecció

A l'hora de seleccionar un tipus de corredor, els enginyers han de tenir en compte:

• Cap i flux: Determina si s'ha d'escollir impuls o reacció.

• Condicions del llocVariabilitat del riu, càrrega de sediments, canvis estacionals.

• Flexibilitat operativa: Necessitat d'ajust de la pala o adaptació del cabal.

• Cost i mantenimentEls corredors més senzills com el Pelton o l'hèlix són més fàcils de mantenir.

4. Tendències futures

Amb els avenços en la dinàmica de fluids computacional (CFD) i la impressió 3D de metall, el disseny de la turbina està evolucionant cap a:

• Major eficiència en fluxos variables

• Corredors personalitzats per a condicions específiques del lloc

• Ús de materials compostos per a pales més lleugeres i resistents a la corrosió

Conclusió

Els rodets de les turbines hidràuliques són la pedra angular de la conversió d'energia hidroelèctrica. Seleccionant el tipus de rodet adequat i optimitzant els seus paràmetres tècnics, les centrals hidroelèctriques poden aconseguir una alta eficiència, una llarga vida útil i un impacte ambiental reduït. Tant si es tracta d'electrificació rural a petita escala com de grans centrals connectades a la xarxa, el rodet continua sent la clau per desbloquejar tot el potencial de l'energia hidroelèctrica.