Utilización de la Energía Hidráulica

La energía hidráulica se puede aprovechar durante 20 a 30 años. Para aprovechar un salto de agua entre dos puntos A y B se construye una presa sobre el cauce del río, que, reteniendo las aguas y elevando su nivel, las deriva por el canal de entrada (2), a través de la toma (1). Este canal es de poca pendiente para no perder mucha altura y se ensancha (3) antes de llegar a la casa de máquinas (4) donde están las turbinas, para funcionar como depósito regulador. Desde este pequeño embalse parten el canal de descarga (5), usado cuando se desea evitar el ingreso de agua a la máquina, y el canal de fuga, que devuelve al río el agua utilizada por las turbinas.

Cálculo del Salto Neto

A) Para Ríos de Llanura

H_n = H_B – h₂ – h₁

• H_B: Salto bruto
• h₂: Pérdidas en el canal de fuga (v²/2g)
• h₁: Pérdidas en el canal de entrada
• P = γ.Q.H_n

Diferencia entre A) y B)

A más altura, menos caudal; a menos altura, más caudal.

B) Para Ríos de Montaña

H_n = H_B – h₁ – h₂

P = γ.Q.H_n / 75

Rendimiento de las Máquinas Hidráulicas

La transformación de la energía hidráulica del salto neto en trabajo mecánico (producido en el interior de la máquina) se efectúa con pérdidas. La potencia efectiva es inferior a la potencia disponible del salto.

η_total = P_e / P

Pérdidas de Energía en la Máquina Hidráulica

• A) Pérdidas Volumétricas

  Debido a fugas que se producen por el paso del líquido a través de la máquina.

• B) Pérdidas Hidráulicas

  Debidas a los rozamientos y a los cambios de dirección que el líquido encuentra en su recorrido a través de la máquina. Además, la energía cinética que el líquido conserva cuando descarga en el canal de fuga debe ser la mínima posible.

• C) Pérdidas Mecánicas

  Debidas a frotamientos mecánicos y, además, la potencia absorbida por los servicios de la misma máquina (regulador de velocidad, bombas de lubricación, etc.).

Turbinas: Clasificación según cómo actúa el líquido en el rotor

• A) Turbinas de Acción

  Cuando el agua penetra en el rotor, en contacto con el aire. En esta turbina, la energía potencial del salto se transforma en energía cinética (m.g.h > 1/2.m.v²) antes de penetrar. Esta energía cinética se transforma en el rotor en energía mecánica, haciendo girar el eje de la turbina solidario con el eje del alternador.

• B) Turbinas de Reacción

  Cuando el agua llega al rotor con una presión hidrostática mayor que la atmosférica. Entra con energía potencial de presión y dentro del rotor se transforma en energía cinética.

Turbina Pelton

Para saltos de montaña, de acción tangencial y de admisión parcial (ingresa agua al rotor por uno o más lados). Se emplea para grandes caídas (mayores a 200 m) y pequeños caudales (menores de 5 m³/s). Constituida por una rueda en cuya periferia lleva álabes en forma de doble cuchara y uno o más inyectores. El chorro, dirigido tangencialmente a la rueda, incide sobre la arista central del álabe y se divide en dos partes iguales. La variación de la cantidad de movimiento del chorro origina un empuje hidrodinámico cuya componente tangencial determina un momento de rotación respecto del eje de la rueda. Las componentes axiales se equilibran con relación al plano medio de la rueda.

Turbina Francis

Es de reacción, con admisión total (el agua ingresa al rotor por todo su contorno). Constituida por una rueda con álabes fijos circundada periféricamente por el distribuidor, formado por una corona de álabes móviles. Los conductos que se forman entre los álabes del distribuidor y el rotor tienen una sección decreciente en el sentido de circulación del agua. En ambos elementos la corriente líquida acelera su velocidad y disminuye la presión del agua. En el rotor, la energía potencial restante se transforma en energía cinética. Debajo del rotor se dispone del tubo de aspiración, que está sumergido en el canal de descarga, provoca una depresión debajo del motor y es proporcional a la altura de este sobre la superficie libre del agua en dicho canal. El tubo de aspiración tiene por objeto aumentar la altura útil del salto.

Turbina Kaplan

Se utiliza en caso de caudales grandes (decenas o centenares de metros cúbicos sobre segundo y caídas de pocos metros). Son turbinas lentas y con rotores de grandes dimensiones. Son turbinas más veloces que las Francis. El núcleo del rotor tiene una forma de ojiva con el objeto de acompañar los filetes líquidos sin cambios bruscos de dirección y asume notables dimensiones para evitar la formación de zonas de depresión en las proximidades del eje, que producirían irregularidades en la circulación del agua, despegues de las venas líquidas y los fenómenos de cavitación. Este fenómeno, además de disminuir el rendimiento de la turbina, causa una rápida corrosión de la superficie metálica. En este tipo de turbinas, el agua conserva a la salida del rotor una velocidad muy grande, con el fin de mantener lo más elevado posible el número de RPM.

En rotores de hélice, con álabes fijos, los cambios de caudal van acompañados de vibraciones nocivas por las variaciones de la velocidad del agua. Este tipo de rotor disminuye el rendimiento cuando se aleja de las condiciones de funcionamiento normal. Para salvar este inconveniente, se usa un rotor con álabes giratorios comandados automáticamente por el regulador de velocidad del alternador que, a su vez, regula la admisión de agua a la turbina.

Etiquetas: Caudal, Energia hidraulica, energía renovable, salto neto, turbina Francis, turbina hidráulica, turbina Kaplan, turbina Pelton