Turbinas Hidráulicas Pelton, Francis y Kaplan: Clasificación y Componentes

Clasificación y Componentes de Turbinas Hidráulicas

Turbina Pelton (Admisión Parcial)

Estas son turbinas tangenciales, ya que el fluido choca tangencialmente contra el rodete.

Características Operativas

• Instaladas en grandes desniveles (saltos).
• Operan con caudales relativamente bajos.
• Giran a velocidades relativamente bajas.
• Grandes saltos: $140 < H < 1700$ mca (metros de columna de agua).
• Potencia: $500 \text{ kW} < P < 400 \text{ MW}$.
• En algunos casos, la turbina Francis puede reemplazarla si su número específico de revoluciones es bajo (Rodete Radial).

Elementos que la Constituyen

• Conducción de entrada: Encargada de la alimentación y distribución del fluido.
• Cámara de distribución: Distribuye el fluido a los distintos distribuidores. Cuenta con una llave que permite aislar la turbina y conduce el fluido hasta los inyectores.
• Inyector: Transforma la energía de presión del fluido en energía cinética.
• Rueda (Rodete): Protegida por la carcasa metálica.
• Cámara de descarga: Es donde el fluido continúa su curso.

Partes Detalladas del Inyector y Rodete

Inyector

Dirige y regula el chorro de agua. Está compuesto por:

• Tobera: Cubierta superficial.
• Aguja: Regula el caudal en función de si está más hacia adentro o afuera de la tobera.
• Deflector: Desvía el chorro en caso de parada de emergencia de la turbina.

Rodete

Formado por una rueda motriz y los álabes, se compone de:

• Cucharas o Cazoletas: Formadas por una escotadura que impide que el chorro choque antes de que la cuchara forme los $90^{\circ}$ exactos, y una arista inferior que permite separar el fluido.

Turbina Francis (Reacción - Admisión Total)

Son turbinas semiaxiales. El flujo tiene un componente no paralelo al eje de la máquina.

Características Operativas

• Son las más utilizadas.
• Saltos: Entre $10 < H < 700$ mca.
• Potencia: Entre $100 \text{ kW} < P < 1000 \text{ MW}$.

Elementos que la Constituyen

• Conducción de entrada: Alimentación de la turbina.
• Caja espiral: Caja troncocónica que se encarga de distribuir el flujo de forma uniforme alrededor del distribuidor.
• Distribuidor: Determinado número de palas móviles, pudiendo regular el caudal entrante a la turbina, además determina el ángulo de entrada al rodete.
• Rodete: Elemento principal, encargado de captar la energía del fluido y sacarlo fuera de la turbina, transmitiendo la potencia por un eje hasta el generador.
• Tubo de aspiración: Conecta el rodete con la cámara de descarga.

Turbina Kaplan (Reacción - Axiales)

La dirección del fluido es paralelo al eje de la máquina.

Características Operativas

• Son turbinas rápidas, se encuentran entre $400 \text{ rpm}$ y $1000 \text{ rpm}$.
• Altura (Caudal-Altura): Entre $5 < H < 70$ mca.
• Potencia: Entre $50 \text{ kW} < P < 2000 \text{ MW}$.
• El diámetro del rodete es $0.4$ veces el diámetro del tubo de aspiración.

Elementos que la Constituyen

• Conducción de entrada: Alimenta la turbina.
• Caja espiral: Unión sucesiva de birolas troncocónicas metálicas permitiendo alimentar el distribuidor a una velocidad constante.
• Distribuidor: Elemento móvil que permite regular el caudal, formado por un anillo que permite darle movilidad a las palas y unas bielas que conectan el anillo con las palas para realizar su movimiento.
• Rodete: Tiene forma de hélice y presenta movimiento.
• Tubo de aspiración: Conecta el rodete con la cámara de descarga.
• Cubo: Donde se conectan los álabes y contiene las partes móviles.

La hélice se adapta a la función del caudal circundante adaptando el álabe para maximizar la altura recuperada.

Sistemas de Almacenamiento de Energía

Sistema ARES (Almacenamiento por Gravedad Ferroviaria)

Este sistema utiliza una vía por la que discurre un tren. Dispone de una serie de aerogeneradores y paneles solares. Cuando estos generadores producen más energía de la que se puede consumir, para evitar que la red eléctrica se sobrecargue, esta energía sobrante es utilizada para propulsar la vagoneta hasta lo alto de una colina.

Una vez que el tren cargado ha llegado hasta lo alto de la colina, permanece allí hasta que la red eléctrica vuelva a entrar en momentos de baja producción. Entonces, los vagones comienzan a descender la colina actuando a modo de generadores eléctricos de 230 toneladas.

Almacenamiento de Energía Mediante Hidráulica (Bombeo)

La tecnología de almacenamiento de energía por bombeo es la más madura de todas, se ha utilizado desde los años veinte. Se basa en almacenar energía mediante el bombeo de agua desde un embalse inferior o río hasta un embalse superior. El desnivel adecuado que se debe dar entre los dos embalses para que dicha tecnología sea eficiente debe ser de al menos $100 \text{ m}$.

Almacenamiento de Energía Cinética

El almacenamiento cinético es una técnica de almacenamiento de energía mediante elementos móviles rotatorios. Para esto se convierte la energía eléctrica en energía cinética mediante un motor que acciona un volante de gran inercia y baja fricción que de esta manera se acelera y conserva la energía en forma de movimiento, aun cuando luego se interrumpa el suministro eléctrico. Esta energía se convierte nuevamente en energía eléctrica mediante un generador que se acopla luego al eje de la masa giratoria para devolver la energía almacenada nuevamente en electricidad.

Almacenamiento de Calor

La mayoría de los sistemas de calefacción solar y algunos de refrigeración solar se basan en el almacenamiento de calor de la energía solar en un material durante un cierto período. Esto se logra calentando un material que puede almacenar calor en su interior hasta que sea necesario devolverlo al ambiente. Para la refrigeración, por el contrario, se hace el proceso opuesto: se quita calor a un material, es decir se enfría, para que pueda absorber más calor.

Almacenamiento en Baterías Eléctricas

Una batería eléctrica, acumulador eléctrico o simplemente pila, batería o acumulador, es un dispositivo que consiste en una o más celdas electroquímicas que pueden convertir la energía química almacenada en corriente eléctrica. Cada celda consta de un electrodo positivo, o ánodo, un electrodo negativo, o cátodo, y electrolitos que permiten que los iones se muevan entre los electrodos, permitiendo que la corriente fluya fuera de la batería para llevar a cabo su función, alimentar un circuito eléctrico.