Sistemas Hidráulicos
Bookmark this page (Ctrl+D)
Guía
Navegación
Los Componentes Principales de un Sistema Hidráulico
Turbinas y la Eficiencia
La Turbina
La turbina es el corazón del sistema de energía hidráulica, donde se convierte la energía del agua, en la fuerza de rotación que acciona el generador. Podría decirse que es el componente más importante en el sistema, debido a que su eficiencia determina la cantidad de electricidad que se genera.
Hay diferentes tipos de turbinas, y la selección adecuada requiere de una considerable experiencia. Un diseño Pelton, por ejemplo, funciona mejor con una caída alta. Un diseño de caudal cruzado funciona mejor con una caída baja, pero caudal alto. Del mismo modo, hay otros tipos de turbinas, como Francis, Kaplan y Turgo, y cada una de ellas tiene aplicaciones diferentes y óptimas.
Pelton turbina de impulso con caja sin tapa.
La mayoría de Turbinas caen en uno de los dos tipos principales:
- Las Turbinas de Reacción trabajan completamente sumergidas en el agua, y se utilizan normalmente en baja caída (presión) pero con sistemas de caudal alto. Los ejemplos incluyen: Francis, Kaplan y de Hélice.
- Las Turbinas de Impulso operan en la superficie, impulsadas por uno o más chorros que generan una alta velocidad de los alabes. Las turbinas de acción se utilizan normalmente con sistemas que poseen altas caídas y que utilizan boquillas o inyectores para producir los chorros de alta velocidad. Los ejemplos incluyen: Pelton y Turgo.
Un caso especial es la turbina de caudal cruzado (Cross Flow). Aunque técnicamente es clasificada como una turbina de impulso, ya que no está totalmente sumergida en el agua; normalmente se utiliza en caídas de baja altura pero con sistemas de alto caudal.
El agua pasa a través de una abertura grande, rectangular para accionar los álabes de la turbina, en contraste con los pequeños chorros de alta presión utilizados para las turbinas Pelton y Turgo.
La Eficiencia de las Turbinas
Independientemente del tipo de turbina, la eficiencia de ellas está en cada uno de sus detalles. Cada tipo de turbina puede ser diseñado para satisfacer requisitos muy diferentes, y cualquier pequeña diferencia puede afectar significativamente la eficiencia y la generación de energía.
El sistema de cualquier turbina, está diseñado alrededor de la caída Neta y el Caudal de diseño. La Caída Neta da la presión disponible a la turbina cuando el agua está fluyendo (hablaremos de esto más adelante), y el Caudal de Diseño es la cantidad máxima de caudal para lo cual está diseñado el sistema hidráulico.
Estos criterios no sólo influyen en el tipo de turbina a utilizar, si no son parte fundamental para el diseño del sistema completo de la turbina.
Las pequeñas diferencias en las especificaciones pueden afectar significativamente la eficiencia de transferencia de energía. El diámetro de la corona (la parte giratoria), las curvaturas delanteras y posteriores de las palas, los materiales de moldeo utilizados, las boquillas (si se utilizan), la carcasa de la turbina, y la calidad de todos los componentes, tienen un efecto importante sobre la eficiencia y la fiabilidad del equipo.
La turbina funciona más eficientemente cuando consume exactamente y lo suficientemente rápido, toda la energía del agua. A su vez, el agua debe entrar en la turbina a una velocidad específica (medida en pies o metros por segundo) para maximizar la eficiencia en RPM (Revoluciones Por Minuto).
Esta velocidad es determinada por la presión que se genera en la parte superior ó caída.
Optimización de la Velocidad del Agua
Puesto que la energía es una combinación de altura y caudal, es fácil ver cómo en un orificio más grande, por el que se mueve más agua a una cierta velocidad (caudal), haciendo unos pequeños cambios en el mismo, se podría generar más electricidad. Por el contrario, en la estación seca, cuando hay menos lluvias y cuando el caudal disminuye, entonces es necesario un orificio menor, para así mantener la velocidad óptima y mantener la misma transferencia de energía
Esta boquilla de aguja proporciona ajustes infinitamente variables para adaptarse a cambios en el flujo.
Tenga en cuenta que la velocidad de la turbina no es totalmente dependiente de la velocidad del agua, la turbina gira a una velocidad constante, ya que está directamente acoplado al generador, donde un gobernador mantiene estable la velocidad mediante el control de las RPM y el control de caudal de agua.
Pero a medida que la disparidad entre la velocidad real del agua y la óptima crece, se reduce la energía que el agua esta transfiriendo a la turbina. Por eso la aguja reguladora permite que el orificio sea el correcto y ésto asegura que el sistema esté funcionando a su nivel más eficiente.
Las turbinas de impulso (tal como una Pelton) a menudo están equipadas con una variedad de boquillas que poseen agujas de orificio, las cuales pueden ser empleadas para acomodar los cambios que se requieren en el caudal. Una desventaja de una tobera fija es que la turbina debe ser apagada para hacer cambios. Una opción popular, es la boquilla de aguja ajustable que permite en segundos hacer cambios con un número infinito de configuraciones.
Si usted conoce su altura y caudal, su proveedor de turbina debe ser capaz de hacer recomendaciones específicas para un sistema de turbina y proporcionar una estimación muy cercana de su eficiencia.