Tipos y Características de Turbinas: Turbina Pelton, Francis y Kaplan

Una de las formas de energías renovables es el aprovechamiento del agua para generación de energía eléctrica, esta se conoce como energía hidráulica. La energía hidráulica es la energía asociada a las corrientes o saltos de agua. Las encargadas de aprovechar dicha energía y transformarla en energía eléctrica son las centrales hidroeléctricas. Para conseguir esto, se utilizan diferentes tipos de turbinas en función de las condiciones de partida.

Por lo general, una turbina es un elemento que se utiliza para producir energía eléctrica gracias al flujo de algún tipo de fluido, como por ejemplo aire o agua. Existen muchos tipos de turbinas en función de su aplicación, turbinas eólicas (molinos de viento), turbinas propulsivas (motores de avión), turbinas hidráulicas (presas hidráulicas), etc.

En este artículo, vamos a ver los diferentes tipos de turbinas hidráulicas, en concreto, las que se utilizan mayormente en presas hidráulicas o centrales hidroeléctricas. La elección de cada modelo, cuyo diseño de rodete marca grandes diferencias con el resto, depende de la relación existente entre el salto de agua (diferencia de altura entre la laguna y la turbina) y la cantidad de agua que recibe la turbina.

Teniendo en cuenta esta relación, podemos encontrar 3 tipos de turbinas hidráulicas principales:

  • Turbina Pelton
  • Turbina Francis
  • Turbina Kaplan

Turbina Pelton:

Los primeros modelos de la Turbina Pelton fueron construidos allá por el año 1877 de la mano del inventor estadounidense Lester Allan Pelton. En primera instancia, se utilizaron para la industria minera consiguiendo un gran éxito que se hizo extensible a las centrales hidroeléctricas.

En este tipo de turbinas, el agua cae desde una altura determinada por una galería hasta llegar al distribuidor, este está formado por una o varias entradas de agua al rodete. El rodete consiste en un anillo formado por álabes llamados en este caso cangilones. Estos cangilones son como dos cucharas unidas por un vértice.

Turbina Pelton con los cangilones a la vista

En este tipo de turbinas, coinciden el sentido de proyección del chorro del agua con el sentido de giro del rodete. La velocidad del agua a la entrada y salida del rodete es prácticamente la misma siendo por tanto poco apreciables las pérdidas de carga.

Turbina Francis:

La Turbina Francis fue desarrollada en 1848 por el ingeniero estadounidense James B. Francis. En esa época, ya existían otro tipo de turbinas, sin embargo, está fue la más eficiente de la época.

En la actualidad, la Turbina Francis es una de las más utilizadas por su versatilidad.

En este tipo de turbinas, el distribuidor está compuesto por álabes directrices móviles que regulan el caudal de agua que se dirige al rodete. Aquí el agua procedente de la tubería forzada entra perpendicularmente al eje de la turbina y sale paralela a él.

Esquema de funcionamiento de una Turbina Francis

Como se observa en la imagen anterior, en estas turbinas la dirección de entrada y salida del agua no coincide con el sentido de giro del rodete, ya que el agua, al pasar por el rodete cambia de dirección, velocidad y presión. De esta forma, la potencia producida irá en función de la carga perdida por el agua en su desplazamiento.

Turbina Kaplan:

La Turbina Kaplan fue obra del ingeniero austriaco Viktor Kaplan en el año 1912. El principal valor añadido en el diseño de este tipo de turbinas, fue que los álabes del rodete eran orientables, cosa que hasta entonces, en las turbinas conocidas como de hélice, los álabes del rodete eran fijos.

En las Turbinas Kaplan, también conocidas como Turbinas de Reacción, el distribuidor de agua está formado por álabes fijos o regulables, sin son fijos la turbina se denomina semi-Kaplan y si son regulables Kaplan.

Esquema de funcionamiento de una Turbina Kaplan

Estas emplean el mismo sistema que las Turbinas Francis, es decir, utilizan energía cinética y de presión para mover el rodete y la presión del agua a la salida es inferior a la de la entrada. Antes de llegar el agua al rodete, parte de la energía de presión que trae el agua en su caída se transforma en energía cinética en el distribuidor generando, de esta manera, energía eléctrica mediante un generador.

Actualmente, existen variaciones de este tipo de turbina adaptadas a situaciones diferentes como:

Turbinas Bulbo, Dériaz, Straflo, Pozo, etc.

Por último, cabe destacar que la energía hidráulica producida en centras hidroeléctricas es una de las energías renovables más eficientes en la actualidad.

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