Turbinas hidráulicas: Pelton, Francis, Kaplan, Bulbo y Banki-Michel — características y aplicaciones

Turbinas hidráulicas: tipos y características principales

Pelton

PELTON: Deriva de las ruedas hidráulicas. Pelton introduce mejoras en la forma de la cuchara.

• Cuchara con hendiduras: lanza el chorro lo más ortogonal posible y aprovecha al máximo la energía. El chorro, al incidir, se parte y sale en sentido contrario, casi ortogonal, desviándose lo justo para no golpear la siguiente parte de la turbina.
• Tobera: transforma la energía en velocidad.
• Inyector: (1 turbina pequeña; 8 turbinas grandes) con un deflector que tapa el chorro y evita que impacte con la válvula de aguja.
• Sensibles a la erosión por partículas.
• Para H grandes y Q pequeños → h/q altos.

Bulbo

BULBO

• Deriva de Kaplan y Francis → utilizado en centrales reversibles (buen rendimiento).
• Rodete parecido al de Francis, pero sin anillo y con álabes orientables.
• Distinta orientación según turbina (turbine) o bombeo (bombe).
• H altas (50–150 m) y Q bajas (10–150 m3/s).

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Francis

FRANCIS

• Se parece más a una bomba de flujo mixto.
• Turbina de reacción en la que el rodete trabaja presurizado.
• Rodete rígido → robusto, buen comportamiento y mucha durabilidad.
• Álabes con posición fija.
• La carrera de embalse debe ser específica para que el rendimiento sea bueno.
• Velocidades específicas intermedias: 50–450 rpm (el flujo entra en diagonal).
• Abarca un campo muy amplio de H y Q → campo de aplicación grande.
• Punto de funcionamiento rígido.
• Adecuada para saltos con regulación y carrera de embalse acotada.

Banki-Michel

BANKI‑MICHEL

Diseñada para minicentrales hasta 2 MW.

Kaplan

KAPLAN

• Turbina de reacción con rodete presurizado.
• Velocidad específica alta (300–1150).
• Álabes del rodete móviles y orientables → cuenta con doble regulación.
• Entrada similar a la de Francis → cámara espiral, álabes móviles y fijos con la diferencia de la regulación adicional en el rodete.
• Buena adaptación ante cambios de régimen.
• Apta para sitios con carrera de embalse muy grande.
• Encajan en ríos centroeuropeos y en centrales de regulación cuya función principal no es hidroeléctrica.
• H pequeñas (10–70 m) y Q grandes (5–70 m3/s) ⇒ H/Q pequeñas.

Velocidades características y seguridad

Velocidad de embalamiento: máxima velocidad que alcanzaría la turbina si se desconectase de la red eléctrica. El alternador actúa como freno de la turbina; si deja de ejercer ese freno, la máquina gira hasta la velocidad máxima. Coeficientes típicos: 1,8 (Francis), 1,9 (Pelton), 2,2 (Kaplan eje vertical), 2,8 (Kaplan eje horizontal).

Sobreevelocidad (sobrevelocidad): cuando se apagan los grupos y se desconectan de la red, la turbina tiende a acelerarse; cerrando el distribuidor ésta siempre se acelera por encima de la velocidad de sincronismo. Rangos típicos: 1,3–1,6 (turbinas grandes), 1,4–1,8 (turbinas pequeñas).

Clasificación de turbinas

Por funcionamiento

• De acción: el rodete está a presión atmosférica: toda la velocidad se transforma en energía cinética (ej.: Pelton y Banki‑Michel).
• De reacción: el rodete no está a presión atmosférica, está presurizado; la energía en forma de presión no se transforma completamente en velocidad, se aprovecha directamente (Francis, Kaplan, Bulbo, Deriaz).

Por velocidad específica

• Baja (flujo centrífugo): ↑H, ↓Q, saltos de montaña. Rangos típicos: 3–60 rpm (Pelton).
• Media (flujo mixto): 50–450 rpm: muchas posibilidades, robustas, admiten más variación de carrera (Francis, Deriaz).
• Alta (flujo axial): 300–1150 rpm: ↓↓H, ↑Q; flexibles, buenas para carreras de explotación grandes (Kaplan, Bulbo).