Una turbina hidráulica es una máquina que transforma la energía de un caudal de agua en energía mecánica por medio de un sistema de cuchillas giratorias. Esta energía mecánica se puede utilizar para alimentar otra máquina o un generador eléctrico .
Una turbina simple consta de un solo rotor con álabes, que proporcionan intercambio de energía con el flujo. Los álabes del rodete desvían el flujo de corriente para transformar la energía cinética y energía de presión, o para intercambiar cantidad de movimiento del fluido con un momento de fuerza en el eje.
El momento de fuerzas en el eje provoca la rotación de la turbina generando energía cinética de rotación. Si la turbina está conectada a un generador eléctrico se obtiene electricidad. En otros casos, esta energía se utiliza directamente para obtener un trabajo mecánico.
La mayoría de las turbinas hidráulicas el flujo de agua es axial o radial. Sin embargo, en una turbina de flujo transversal, el agua pasa a través de los álabes de la turbina en dirección transversal dos veces, primero en la dirección del eje y luego alejándose de él.
Tipos de turbinas hidráulica
Las turbinas hidráulicas, utilizadas en las instalaciones de energía hidráulica, se pueden clasificar según dos criterios.
Una primera clasificación según su forma de funcionar y pueden ser de acción o de reacción. Las turbinas de acción sólo aprovechan la velocidad del flujo de agua, mientras que las de reacción también aprovechan la pérdida de presión del agua en el interior de la turbina.
Según su diseño, una turbina puede ser:
1. Turbina Pelton
Las turbinas Pelton son turbinas de acción de flujo transversal y admisión parcial. Uno de los tipos más eficientes de turbina hidráulica.
La turbina Pelton consiste en una rueda (rodete o rotor) dotada de cucharas en su periferia. Estas cucharas están especialmente diseñadas para convertir la energía hidráulica de un chorro de agua que incide sobre las cucharas.
Las turbinas Pelton están diseñadas para explotar grandes saltos hidráulicos de bajo caudal.
2. Turbina Francis
La turbina Francis se trata de una turbina de reacción de flujo interno que combina conceptos tanto de flujo radial como de flujo axial.
Consta de una parte fija, con unas guías curvadas llamadas deflectores (o distribuidor), y de una parte móvil con álabes, también curvados, llamada rotor. La inclinación de los deflectores se puede regular para ajustar el caudal aplicado a los álabes, regulando así la velocidad de la turbina.
Es un tipo de turbina muy apropiado para saltos medios-altos con caudales medios, siendo capaz de producir potencias elevadisimas.
3. Turbina Kaplan
Las turbinas Kaplan son turbinas de agua de reacción de flujo axial, con un rodillo que funciona de manera similar a la hélice de un barco.
Se emplean en centrales hidroeléctricas con saltos de agua pequeños. Las amplias palas o álabes de la turbina son impulsadas por agua a alta presión liberada por una compuerta.
El agua circula en el mismo sentido al eje. Además de poder regular la inclinación de los deflectores, también se puede regular la de los álabes del rotor. De esta forma, la turbina se adapta a las necesidades de potencia de cada momento. Se utiliza en instalaciones con pequeños saltos y grandes caudales de agua, como los de los embalses.
4. Turbina hélice
Como todas las turbinas hidráulicas la turbina hélice consiste de una corona directriz con álabes directrices y un rotor. Dependiendo del flujo se puede realizar la turbina hélice con regulación simple (ajustación de álabes directrices) o doble (ajustación de álabes directrices y de velocidad de giro del rotor).
Los álabes directrices ajustan el volumen de flujo de agua que entra al rotor. En el mismo tiempo cambian la dirección del flujo para que entre al rotor con la torsión propia así que el rotor gire.
Desde el punto de vista de la eficiencia, la turbina hélice se puede comparar con una turbina Kaplan. Además, la regulación electrónica de una turbina hélice permite lograr puntos de operación con poca agua que no se pueden lograr con una turbina Kaplan.