La turbina hidráulica es un tipo de maquinaria de turbina dentro de la maquinaria de fluidos. Ya alrededor del año 100 a. C., surgió el prototipo de turbina hidráulica. En aquel entonces, su función principal era accionar maquinaria para el procesamiento de granos y el riego. La turbina hidráulica, como dispositivo mecánico impulsado por el flujo de agua, ha evolucionado hasta convertirse en la turbina hidráulica actual, y su ámbito de aplicación también se ha ampliado. Entonces, ¿dónde se utilizan principalmente las turbinas hidráulicas modernas?
La turbina hidráulica se utiliza principalmente en centrales hidroeléctricas de bombeo. Cuando la carga del sistema eléctrico es inferior a la carga base, puede funcionar como bomba para aprovechar el exceso de capacidad de generación de energía y bombear agua desde el embalse aguas abajo al embalse aguas arriba, almacenando energía en forma de energía potencial. Cuando la carga del sistema es superior a la carga base, puede funcionar como turbina para generar electricidad y ajustar la carga máxima. Por lo tanto, una central hidroeléctrica de bombeo pura no aumenta la potencia del sistema eléctrico, pero sí mejora la economía operativa de las unidades de generación de energía térmica y la eficiencia general del sistema. Desde la década de 1950, las centrales hidroeléctricas de bombeo han sido ampliamente valoradas y se han desarrollado rápidamente en todo el mundo.
Las unidades de almacenamiento por bombeo desarrolladas en la etapa inicial o con gran altura de caída de agua suelen adoptar el tipo de tres máquinas, es decir, están compuestas por un motor generador, una turbina hidráulica y una bomba de agua en serie. Su ventaja radica en que la turbina y la bomba de agua se diseñan por separado, lo que permite una alta eficiencia, y el sentido de giro de la unidad es el mismo tanto para la generación como para el bombeo, lo que facilita la conversión rápida de generación a bombeo, o viceversa. Asimismo, la turbina puede utilizarse para arrancar la unidad. Sus desventajas son el alto costo y la gran inversión necesaria en la central eléctrica.
Las palas del rotor de la turbina de bomba de flujo inclinado pueden girar y mantener un buen rendimiento operativo ante cambios en la altura de agua y la carga. Sin embargo, debido a las limitaciones de sus características hidráulicas y la resistencia del material, su altura máxima de agua era de tan solo 136,2 m a principios de la década de 1980 (central eléctrica Kogen n.º 1 en Japón). Para alturas de agua mayores, se requieren turbinas de bomba Francis.
La central hidroeléctrica de bombeo está equipada con depósitos superior e inferior. Para almacenar la misma energía, aumentar la altura de elevación reduce la capacidad de almacenamiento, incrementa la velocidad de la unidad y disminuye el costo del proyecto. Por lo tanto, las centrales hidroeléctricas de bombeo de alta altura, superiores a 300 metros, se están desarrollando rápidamente. La turbina-bomba Francis con la mayor altura de elevación del mundo está instalada en la central hidroeléctrica de Beinabashta, en Yugoslavia. Su potencia unitaria es de 315 MW y la altura de elevación de la turbina es de 600,3 metros; la bomba tiene una altura de elevación de 623,1 m y una velocidad de rotación de 428,6 rpm. Entró en funcionamiento en 1977. Desde el siglo XX, las unidades hidroeléctricas se han desarrollado hacia parámetros más elevados y mayor capacidad. Con el aumento de la capacidad de generación de energía en el sistema eléctrico y el desarrollo de la energía nuclear, para resolver el problema de la reducción razonable de picos de demanda, países de todo el mundo están construyendo activamente centrales hidroeléctricas de bombeo, además de desarrollar o ampliar vigorosamente las centrales hidroeléctricas a gran escala en los principales sistemas hídricos. Por lo tanto, las turbinas-bomba se han desarrollado rápidamente.
Como máquina generadora que transforma la energía del flujo de agua en energía mecánica rotativa, la turbina hidráulica es un componente indispensable en los grupos electrógenos. Actualmente, la protección del medio ambiente es una preocupación cada vez mayor. La energía hidroeléctrica, un método de generación de energía limpia, está experimentando un creciente auge y desarrollo. Para aprovechar al máximo los diversos recursos hidráulicos, las mareas, los ríos de poca pendiente e incluso las olas han captado una gran atención, lo que ha impulsado el rápido desarrollo de turbinas tubulares y otras unidades de menor tamaño.
Fecha de publicación: 6 de abril de 2022
