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

Resumen

El documento describe los principales tipos de turbinas hidráulicas: Pelton, Francis, Kaplan, Bulbo y Banki-Michel. Explica sus rasgos constructivos, los rangos de altura y caudal en los que trabajan y sus aplicaciones. También recoge conceptos de seguridad como la velocidad de embalamiento y la sobreevelocidad, y clasifica las turbinas según su funcionamiento (acción o reacción) y su velocidad específica.

Puntos clave

Pelton es una turbina de acción adecuada para grandes alturas y caudales pequeños, con cucharas de doble hendidura y tobera que transforma la energía en velocidad.
Francis es una turbina de reacción de flujo mixto, con rodete rígido y álabes fijos, con un campo de aplicación amplio.
Kaplan es una turbina de reacción de velocidad específica alta (300–1150) con álabes del rodete orientables, apta para alturas pequeñas (10–70 m) y caudales grandes.
La turbina Bulbo deriva de Kaplan y Francis, se usa en centrales reversibles y trabaja con alturas de 50–150 m y caudales de 10–150 m³/s.
Banki-Michel está diseñada para minicentrales de hasta 2 MW.
La velocidad de embalamiento es la máxima velocidad que alcanzaría la turbina si se desconectara de la red eléctrica.

Ponte a prueba

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).

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).

Preguntas frecuentes

¿Para qué tipo de salto es adecuada la turbina Pelton?

La turbina Pelton es adecuada para saltos de gran altura y caudales pequeños, con un valor alto de h/q. El texto indica que su uso es propio de H grandes y Q pequeños.

¿Qué diferencia hay entre una turbina de acción y una de reacción?

En una turbina de acción el rodete está a presión atmosférica y toda la energía se transforma en energía cinética, como en Pelton y Banki-Michel. En una de reacción el rodete está presurizado y se aprovecha también la energía de presión, como en Francis, Kaplan, Bulbo y Deriaz.

¿Qué es la velocidad de embalamiento?

Es la velocidad máxima que alcanzaría la turbina si se desconectara de la red eléctrica, ya que el alternador deja de actuar como freno. El texto indica coeficientes típicos de 1,8 para Francis, 1,9 para Pelton, 2,2 para Kaplan de eje vertical y 2,8 para Kaplan de eje horizontal.