Turbina Pelton: funcionamiento, componentes y aplicaciones en energía hidráulica

¿Qué es una Turbina Pelton?

Se conocen como turbinas de presión por estar constantemente en la zona del rodete, aunque técnicamente operan como turbinas de acción bajo presión atmosférica.

Características de la Turbina Pelton

Las principales características de este tipo de tecnología hidráulica son:

• De chorro libre: El agua se proyecta directamente en la atmósfera.
• De impulsión y acción: Utiliza la energía cinética del agua para generar movimiento.
• De admisión parcial: El agua no ingresa a todo el rodete simultáneamente, sino a través de chorros específicos.
• Turbina transversal: Su diseño permite un flujo transversal del fluido.
• Instalable con eje horizontal o vertical: Se adapta a diferentes configuraciones de espacio y diseño técnico.

Usos y Aplicaciones Principales

La turbina Pelton es ideal para las siguientes condiciones de operación:

• En saltos de gran altura (superiores a los 200 metros).
• En caudales relativamente pequeños (generalmente menores a 10 m³/s).
• En entornos con amplios márgenes de variación de caudal.

Rendimiento Energético

Este sistema ofrece un excelente rendimiento para amplios márgenes de caudal, manteniéndose altamente eficiente entre el 30% y el 100% del caudal máximo de diseño.

Componentes de la Turbina Pelton

Para entender su funcionamiento, es fundamental conocer sus partes principales:

1. Distribuidor con Inyectores

La alimentación de la turbina se realiza mediante un conducto distribuidor que comienza justo tras la válvula de protección de la turbina. Consta de uno o varios inyectores de agua. La configuración final depende de la disposición vertical u horizontal del eje, el número de rodetes y la cantidad de inyectores (pudiendo disponerse de más de un rodete en el mismo eje).

Los elementos clave del equipo de inyección son:

• Cámara de distribución: Funciona como la prolongación directa de la tubería forzada.
• Inyector: Encargado de transformar la energía de presión en energía cinética. Consta de:
  • Tobera: Boquilla u orificio instalado en la terminación de la cámara de distribución.
  • Válvula de aguja: Vástago situado en el interior de la tobera para regular el flujo.
• Deflector: Dispositivo de seguridad que desvía el chorro para evitar el golpe de ariete y el embalamiento de la turbina.

2. Rodete

Es la pieza central donde se transforma la energía hidráulica en energía mecánica (Em) de rotación. Consiste en un disco dispuesto con una serie de álabes que reciben el impacto directo de los inyectores.

Los elementos del rodete son:

• Rueda motriz: Unida firmemente al eje de transmisión por medio de chavetas.
• Cangilones (álabes): Fabricados de acero especial para evitar la erosión y corrosión, diseñados para recibir el empuje directo del chorro de agua.

3. Carcasa y Foso

Es la envoltura metálica que cubre los inyectores, el rodete y otros elementos mecánicos de la turbina. Su función principal es impedir que salpique el agua cuando sale de los álabes. En las turbinas de eje horizontal la carcasa suele ser rectangular, mientras que en las de eje vertical adopta una forma cilíndrica.

4. Otros Componentes Esenciales

• Cámara de descarga: La zona por donde cae libremente el agua hacia el desagüe o canal de restitución tras haber movido el rodete.
• Sistema hidráulico de frenado: Freno por chorro de agua que actúa directamente sobre el dorso de los álabes para detener el rodete de forma segura.
• Eje: Elemento mecánico que transmite el movimiento de rotación generado por el rodete hacia el eje del alternador para la producción de electricidad.