Turbinas Hidráulicas

Rotor de Turbinas Francis

Al aumentar la sección de entrada del rotor de una turbina Francis, el flujo se vuelve casi axial.

Centrales de Acumulación por Bombeo

En las centrales de acumulación por bombeo, se utilizan grupos ternarios, turbino-bombas y centrales separadas para bombeo y generación.

Grupos Ternarios

Los grupos ternarios constan de una turbina, un alternador motor síncrono y una bomba montados en el mismo eje, funcionando entre los mismos niveles de agua. El sentido de rotación puede ser el mismo para la turbina y la bomba, permitiendo la transición entre ambos funcionamientos sin detener el grupo. Generalmente, se utilizan turbinas Francis convencionales con las siguientes particularidades:

• Sistema de aire comprimido para vaciar la turbina en régimen de bombeo.
• Refrigeración de los intersticios.
• Recubrimiento adecuado del eje.
• Utilización de una velocidad específica no excesivamente baja para mantener un recubrimiento alto.

Turbino-Bombas

La turbino-bomba funciona como turbina o bomba según el sentido de giro. Para cambiar de un funcionamiento a otro, es necesario detener la máquina. Teóricamente, una bomba puede funcionar como turbina Francis.

Factores que Influyen en el Coste de una Central de Acumulación por Bombeo

El coste de una central de acumulación por bombeo disminuye al aumentar la altura geométrica del bombeo y la turbinación. Al aumentar el incremento de altura para una misma potencia, disminuye el volumen del embalse y el diámetro de la tubería forzada, y por lo tanto, su precio, aunque haya aumentado su longitud. En resumen, la construcción de una central de acumulación por bombeo será más económica cuanto mayor sea la altura vertical o altura geodésica del embalse y cuanto menor sea la distancia horizontal o longitud de la conducción, es decir, cuanto menor sea el factor de calidad.

Turbina Pelton

Tamaño y Número de Cucharas

El número y tamaño de las cucharas de una turbina Pelton dependen de las características de la instalación. Si la velocidad específica es pequeña, habrá muchas cucharas de pequeño tamaño. Si la velocidad específica es elevada, se requerirán cucharas mayores y en menor número.

Tubo de Descarga de una Turbina Francis

El tubo de descarga es una tubería de sección creciente que se coloca a la salida del rotor y permite:

• Recuperar parte de la energía cinética perdida por la velocidad tangencial del agua.
• Recuperar parte de la altura caída, creando una depresión a la salida del rotor.

Este tubo divergente y largo crea un vacío a la salida del rodete, aumentando la energía de presión entregada al mismo y compensando la energía cinética de salida. Este vacío, junto con el que provoca el posible mayor nivel del rotor respecto al canal de desagüe, debe evitar la cavitación. Por ello, a veces la altura de aspiración resulta negativa. La conicidad del tubo de aspiración debe ser suave para reducir las pérdidas de carga, lo que lo hace relativamente largo. Por esta razón, suele construirse con un codo de más de 90º.

Otros Tipos de Turbinas

Turbina Deriaz

La turbina Deriaz, construida por primera vez en 1957 por Paul Deriaz, puede considerarse una turbina Francis de álabes orientables, similar a las Kaplan, o una combinación de las características de una turbina Francis rápida y una Kaplan. El eje de los álabes no es perpendicular al eje de la rueda, sino que tiene una cierta inclinación para suavizar el cambio de dirección del flujo. Diseñada para trabajar de manera reversible (como turbina y bomba), esta característica y la orientabilidad de los álabes le confieren ventajas frente a las Francis. También se le conoce como turbina diagonal o semi-axial, y su rotor es parecido al de las Kaplan, pero con álabes diagonales.

Turbina Straflo

Desarrollada para aprovechar las ventajas de la turbina bulbo sin la limitación de potencia del generador encapsulado, la turbina Straflo se monta horizontalmente en la dirección del flujo. Los polos del alternador se montan en un anillo acoplado a la periferia del rodete, que gira en una ranura del conducto de paso del agua rodeada por el estator del generador. Al prescindir del eje de accionamiento, se obtienen unidades compactas, un mayor rendimiento, una reducción de costes y un menor mantenimiento.

Utilización de las Turbinas Hidráulicas

Las turbinas de acción se emplean en situaciones de grandes saltos y caudales pequeños (velocidades específicas bajas). Se instalan en centrales en las cabeceras de los cauces, donde las fuertes pendientes permiten obtener grandes desniveles con caudales pequeños. Estas centrales suelen ser de agua acumulada y disponen de un canal de derivación largo para generar el salto neto necesario.

Bombas

Bombas de Paletas Deslizantes

Ventajas

• Impulsan en ambos sentidos de rotación.
• Caudal constante durante una vuelta del rodete.
• No tienen válvula ni obturador interior, evitando la obturación del líquido.
• Funcionan a cualquier velocidad, incluso muy lenta, siendo apropiadas para líquidos viscosos, espesos o emulsiones.
• Rendimiento volumétrico elevado y capacidad de aspiración importante.
• Poco desgaste debido a la poca amplitud de los movimientos.

Bombas de Engranaje

Ventajas e Inconvenientes de las Bombas de Engranaje Interior frente a las de Engranaje Exterior

Las bombas de engranaje interior tienen un paso algo mayor que las de engranaje exterior para las mismas dimensiones. Su eje de impulsión está dispuesto simétricamente respecto a la carcasa. Sin embargo, su fabricación es más complicada, son más voluminosas y su altura de carga es menor.

Bombas de Tornillo

Ventajas

• Movimiento continuo y caudal uniforme.
• Funcionamiento a altas revoluciones, permitiendo el acoplamiento directo a motores eléctricos.
• Capacidad de aspiración y altura de impulsión importantes.
• Funcionamiento silencioso.

Inconvenientes

• Dificultad para regular el volumen de trabajo durante el movimiento.
• Fabricación complicada.

Acoplamiento Hidráulico

Ventajas

• Alineamiento fácil de los ejes de potencia y de carga.
• Desembrague rápido y control inmediato de la velocidad.
• Buen amortiguamiento de vibraciones y sobrecargas.
• Elevada relación entre la potencia transmitida y el peso total del acoplamiento.
• Mantenimiento y revisiones mínimos.

Inconvenientes

• Menor rendimiento que las transmisiones mecánicas en el punto de diseño.
• Disminución apreciable del rendimiento fuera del punto de diseño.
• Dificultades constructivas para las empaquetaduras.
• Necesidad de refrigeración en muchos casos.

Turbina Michell-Banki

Ventajas

• Velocidad de giro seleccionable en un amplio rango.
• Diámetro de la turbina independiente del caudal.
• Rendimiento aceptable.
• Caudal y potencia regulables mediante un álabe ajustable.

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