La producción de electricidad mediante fuentes de energía renovables como el viento y el agua es una necesidad imperiosa ante el creciente problema del cambio climático y el calentamiento global. Una máquina que aprovecha la energía del agua en movimiento y la convierte en energía mecánica o electricidad se conoce como turbina hidráulica.
Se inventó en el siglo XIX y se utilizaba principalmente para la molienda de granos y el bombeo de agua. Actualmente, se utiliza principalmente para la generación de electricidad mediante la construcción de presas. La eficiencia de las turbinas hidráulicas modernas supera el 19 %.
Componentes de una turbina hidráulica
Una turbina hidráulica consta de elementos esenciales, a saber, el tubo de aspiración, el rodete, la caja de voluta, los tirantes, los álabes de los tirantes y las compuertas.
1. Tubo de aspiración
El tubo de aspiración es un tubo cónico conectado al rodete de la turbina. Se ubica en la parte inferior de la turbina y ayuda a desviar el flujo de agua de la misma.
2. Corredor
El rodete es un componente giratorio con aspas. Está en constante movimiento debido al flujo de agua. Al girar, se convierte en un generador que genera electricidad. Para que funcione correctamente, el rodete necesita un buen diseño.
3. Estuche de pergamino
La caja espiral es una carcasa cóncava que encierra el rodete de la turbina y las compuertas. Dirige el flujo de agua hacia las palas e impide que las golpeen directamente.
4. Estancias
Estas son barras que conectan las puertas de entrada con el corredor. Mantienen las puertas en su lugar y distribuyen uniformemente su peso.
5. Paletas de estay
Son barras verticales sujetas a los tirantes. Ayudan a guiar el agua hacia el centro del corredor, asegurando un flujo uniforme sobre las palas.
6. Puertas de entrada
Se colocan en el rodete de la turbina para controlar el flujo de agua sobre las palas. Protegen las palas de impactos directos y daños. Un regulador controla la apertura y el cierre de las compuertas en función de la electricidad generada. Cuando se necesita más electricidad, las compuertas se abren para permitir un mayor flujo de agua, y viceversa.
Características de la turbina hidráulica
Al seleccionar una turbina de agua para propósitos de aplicación específicos, se deben tener en cuenta diferentes características que se mencionan a continuación:
- Eficiencia: Generalmente, oscila entre el 85 y el 90 %. La relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada se denomina eficiencia.
- Capacidad de Carga: La unidad de medida es el galón por minuto (gpm). Se determina estimando la cantidad de agua que puede fluir por segundo.
- Cabeza: La altura es la altura del agua por encima de la turbina, que varía entre 10 y 1000 pies (aproximadamente 304.8 m).
- Presión: El flujo de agua a través de la turbina es la presión del agua, que se mide en libras por pulgada cuadrada (psi).
- Temperatura: La temperatura es un parámetro importante a la hora de seleccionar la turbina de agua adecuada, ya que están diseñadas para funcionar con rangos de temperatura de hasta 120 grados Fahrenheit.
Lea también: ¿Qué es la turbina Kaplan?
Tipos de turbinas hidráulicas
Hay dos tipos principales de turbinas hidráulicas: de impulso y de reacción.
1. Turbina de reacción
Las turbinas de reacción hidráulicas generan energía al reaccionar a la presión y al flujo del agua . A medida que el agua pasa por la turbina, su presión, velocidad y dirección se modifican, aprovechando así su energía. Cuando el agua fluye sobre las palas, genera presión, lo que produce una potente fuerza que empuja contra la parte delantera y trasera de las mismas. Esta fuerza hace girar el rotor, creando un par motor e iniciando la rotación.
2. Turbina de impulso
La velocidad de un chorro de agua se modifica mediante turbinas de impulso , que ejercen una fuerza sobre las palas curvas de la turbina, alterando así la dirección del flujo. El impulso de momento genera una fuerte presión sobre las palas de la turbina. En una turbina de impulso, la presión del fluido que fluye sobre las palas del rotor permanece constante, lo que implica que todo el trabajo realizado está directamente relacionado con las variaciones en la energía cinética del fluido.
Véase también: ¿Qué es una turbina eólica de eje vertical (VAWT)?
Aplicación de la turbina hidráulica
Como la turbina hidráulica es un medio de generación de electricidad mediante energía renovable, encuentra diversas aplicaciones en múltiples disciplinas que se mencionan a continuación:
- Utilizada en Centrales hidroeléctricas, ya que ayudan a generar electricidad utilizando el flujo de agua.
- En los sistemas de riego, se pueden utilizar turbinas hidráulicas para bombear agua desde zonas bajas a zonas altas. Esto es especialmente útil en zonas con pendiente pronunciada, donde el suministro de agua supone un reto para los agricultores.
- Las turbinas en las plantas de tratamiento de agua se pueden utilizar de manera eficiente para fines de bombeo de agua.
Ventajas y desventajas de las turbinas hidráulicas
Las turbinas hidráulicas presentan ventajas y desventajas que deben tenerse en cuenta al momento de seleccionar la turbina.
Ventajas:
- Es relativamente más eficiente que las otras formas de producción de electricidad.
- Tiene varias industrias de aplicación.
- El mantenimiento y el funcionamiento son más sencillos.
- Producir cero emisiones.
Desventajas:
- La instalación es costosa.
- Crea ruido y por eso hay que gestionarlo adecuadamente.
Lectura obligatoria: ¿Qué son las turbinas eólicas de velocidad variable?
