Una turbina hidráulica, siendo las turbinas Kaplan, Pelton y Francis las más comunes, es una gran máquina rotatoria que convierte la energía cinética y potencial en hidroelectricidad. Estos equivalentes modernos de la rueda hidráulica se han utilizado durante más de 135 años para la generación de energía industrial y, más recientemente, para la generación de energía hidroeléctrica.
¿Para qué se utilizan hoy en día las turbinas hidráulicas?
Hoy en día, la energía hidroeléctrica contribuye al 16% de la generación eléctrica mundial. En el siglo XIX, las turbinas hidráulicas se utilizaban principalmente para la generación de energía industrial, antes de la generalización de las redes eléctricas. Actualmente, se utilizan para la generación de energía eléctrica y se pueden encontrar en presas o zonas con fuertes caudales.
Ante el rápido aumento de la demanda energética mundial y factores como el cambio climático y el agotamiento de los combustibles fósiles, la hidroelectricidad tiene el potencial de generar un gran impacto como fuente de energía verde a escala mundial. A medida que continúa la búsqueda de fuentes de energía limpias y respetuosas con el medio ambiente, las turbinas Francis podrían convertirse en una solución muy popular y cada vez más adoptada en los próximos años.
¿Cómo generan electricidad las turbinas hidráulicas?
La presión del agua generada por el flujo natural o artificial funciona como fuente de energía para las turbinas hidráulicas. Esta energía se capta y se convierte en energía hidroeléctrica. Una central hidroeléctrica generalmente utiliza una presa en un río activo para almacenar agua. El agua se libera gradualmente, fluyendo a través de la turbina, haciéndola girar y activando un generador que produce electricidad.
¿Qué tamaño tienen las turbinas hidráulicas?
Según la altura de caída bajo la que operan, las turbinas hidráulicas se clasifican en de altura alta, media y baja. Los sistemas hidroeléctricos de altura baja son más grandes, ya que la turbina hidráulica debe ser grande para lograr un alto caudal mientras se aplica baja presión de agua a través de las palas. Por otro lado, los sistemas hidroeléctricos de altura alta no requieren una circunferencia de superficie tan grande, ya que se utilizan para aprovechar la energía de fuentes de agua de mayor caudal.
Gráfico que explica el tamaño de las diferentes partes del sistema hidroeléctrico, incluida la turbina hidráulica.
Un gráfico que explica el tamaño de las diferentes partes del sistema hidroeléctrico, incluida la turbina de agua.
A continuación, explicaremos algunos ejemplos de diferentes tipos de turbinas hidráulicas utilizadas para diferentes aplicaciones y presiones de agua.
Turbina Kaplan (altura de presión de 0 a 60 m)
Estas turbinas se conocen como turbinas de reacción de flujo axial, ya que modifican la presión del agua a medida que fluye a través de ellas. La turbina Kaplan se asemeja a una hélice y cuenta con álabes ajustables para maximizar la eficiencia en diversos niveles de agua y presión.
Diagrama de turbina Kaplan
Turbina Pelton (altura de presión de 300 m a 1600 m)
La turbina Pelton, o rueda Pelton, se conoce como turbina de impulso, ya que extrae energía del agua en movimiento. Esta turbina es ideal para aplicaciones de gran altura, ya que requiere una gran presión de agua para aplicar fuerza sobre los cubos en forma de cuchara y hacer que el disco gire y genere energía.
turbina Pelton
Turbina Francis (altura de presión de 60 a 300 m)
La última y más famosa turbina hidráulica, la Francis, representa el 60% de la energía hidroeléctrica mundial. Funciona como una turbina de impacto y reacción que opera a una caída media, combinando los conceptos de flujo axial y radial. De esta manera, la turbina cubre la brecha entre las turbinas de caída alta y baja, creando un diseño más eficiente y desafiando a los ingenieros actuales a mejorarlo.
Más específicamente, una turbina Francis funciona mediante el flujo de agua a través de una carcasa en espiral hacia álabes guía (estáticos) que controlan el flujo hacia las palas (móviles) del rodete. El agua impulsa el rodete a girar mediante la combinación de fuerzas de impacto y reacción, saliendo finalmente del rodete por un tubo de aspiración que descarga el flujo de agua al exterior.
¿Cómo elijo un diseño de turbina de agua?
Elegir el diseño óptimo de turbina suele depender de la altura y el caudal disponibles. Una vez que haya determinado el tipo de presión de agua que puede aprovechar, podrá decidir si una turbina de reacción cerrada, como la Francis, o una turbina de impulso abierta, como la Pelton, es la más adecuada.
Diagrama de turbina hidráulica
Finalmente, podrás establecer la velocidad de rotación necesaria de tu generador eléctrico propuesto.
Hora de publicación: 15 de julio de 2022
