Una turbina hidráulica, entre las que destacan las turbinas Kaplan, Pelton y Francis, es una gran máquina rotativa que convierte la energía cinética y potencial en energía hidroeléctrica. 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?
Actualmente, 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. Hoy en día, se emplean para la generación de energía eléctrica y se pueden encontrar en presas o zonas con fuertes corrientes de agua.
Ante el rápido aumento de la demanda energética mundial y factores como el cambio climático y el agotamiento de los combustibles fósiles, la energía hidroeléctrica 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, constituye la fuente de energía para las turbinas hidráulicas. Esta energía se captura y se transforma en energía hidroeléctrica. Generalmente, una central hidroeléctrica utiliza una presa en un río activo para almacenar agua. Posteriormente, 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 a la que operan, las turbinas hidráulicas se clasifican en de alta, media y baja caída. Los sistemas hidroeléctricos de baja caída son más grandes, ya que la turbina debe ser de gran tamaño para lograr un caudal elevado con una baja presión de agua sobre las palas. Por otro lado, los sistemas hidroeléctricos de alta caída no necesitan una superficie tan grande, puesto que se utilizan para aprovechar la energía de fuentes de agua con 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 distintas 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 palas ajustables para maximizar la eficiencia en un amplio rango de niveles de presión y caudal.
Diagrama de una turbina Kaplan
Turbina Pelton (altura de presión de 300 m a 1600 m)
La turbina Pelton, o rueda Pelton, es una turbina de impulso que extrae energía del agua en movimiento. Es ideal para aplicaciones de alta presión, ya que requiere una gran presión de agua para ejercer fuerza sobre los álabes en forma de cuchara, lo que provoca la rotación del disco y la generación de energía.
turbina Pelton
Turbina Francis (altura de presión de 60 m a 300 m)
La turbina Francis, la última y más famosa de todas, representa el 60% de la energía hidroeléctrica mundial. Funciona como una turbina de impacto y reacción que opera a una altura de caída media, combinando conceptos de flujo axial y radial. De esta manera, la turbina cubre el vacío entre las turbinas de alta y baja altura de caída, creando un diseño más eficiente y desafiando a los ingenieros actuales a seguir mejorándolo.
Más concretamente, una turbina Francis funciona mediante el flujo de agua a través de una carcasa espiral que llega a unas paletas guía (estáticas), las cuales controlan el flujo de agua hacia las palas del rotor (móviles). El agua fuerza al rotor a girar mediante la combinación de fuerzas de impacto y reacción, y finalmente sale del rotor a través de un tubo de aspiración que descarga el flujo de agua al exterior.
¿Cómo elijo el diseño de una turbina hidráulica?
La elección del diseño óptimo de turbina suele depender de un factor clave: la altura de caída y el caudal disponibles. Una vez determinada la presión del agua que se puede aprovechar, se puede decidir si un diseño de turbina de reacción cerrada, como la turbina Francis, o un diseño de turbina de impulso abierta, como la turbina Pelton, es más adecuado.
Diagrama de turbina hidráulica
Finalmente, podrá establecer la velocidad de rotación necesaria del generador eléctrico propuesto.
Fecha de publicación: 15 de julio de 2022
