Cuenca hidráulica.
Energía hidráulica.

Presa.
Energía hidráulica.

Turbina Pelton

Turbina Pelton

La turbina Pelton es un tipo de turbina utilizada en la industria de la energía hidráulica dentro del campo de las energías renovables.

Una turbina Pelton es una turbina hidráulica del tipo de impulso utilizada en centrales hidroeléctricas con gran altura vertical. Fue inventada por Lester Allan Pelton en la década de 1870 y mejorada significativamente por otros inventores más allá de finales de la década de 1800. La turbina Pelton es un desarrollo adicional de la rueda de agua tradicional. La turbina Pelton transforma la energía hidráulica en el impulso de uno o más chorros de agua a una velocidad muy alta a energía cinética (rotación). Existían muchas variantes de las turbinas de impulsión antes de la invención de la turbina Pelton, pero tenían una eficiencia inferior.

La turbina Pelton generalmente se instala en una central hidráulica y se conecta a un tubo de presión desde una presa de gran altura. En la turbina, el agua se alimenta a una o más boquillas, y hay una aceleración violenta en el flujo de agua. El agua tiene una velocidad muy alta cuando sale de la boquilla y sube al impulsor de la turbina. El chorro de agua golpea varias palas en forma de cuenco, que son características del tipo de turbina. En el eje de la turbina hay un generador que produce energía eléctrica.

En los tipos anteriores de turbinas, el agua todavía tenía una velocidad alta cuando abandonaba la rueda, por lo que gran parte de la energía cinética del agua no se utilizaba por completo. Pelton diseñó las palas para que el chorro de agua gire casi 180 ° después de dejar las palas. Cuando la velocidad periférica del impulsor tiene aproximadamente la mitad de la velocidad del flujo de agua, se logra el mayor efecto. El agua sale de la rueda de la turbina a muy baja velocidad. Una turbina Pelton tiene una eficiencia del 92% de aprovechamiento de la energía hidráulica.

Estructura de la turbina Pelton

Los componentes principales de la turbina Pelton consisten en un impulsor, un eje, una tubería de alimentación, una o más boquillas y carcasas de turbinas. Entonces, en principio, las mismas partes que en el tiempo de Pelton. El tubo de suministro en una turbina Pelton moderna es un anillo principal con curvas hechas a las boquillas. A menudo hay más boquillas desde donde se distribuye el agua desde la tubería de suministro, y cuando el agua acelera bruscamente antes de que toque las palas del impulsor.

El impulsor gira completamente al aire libre y se coloca en una carcasa o tapa, a menudo llamada la carcasa de la turbina, que atrapará las salpicaduras de agua y las llevará al túnel de drenaje de la planta de energía hidráulica. La presión en el agua en la línea de anillo justo antes de las boquillas está determinada por la altura de caída. La carcasa de la turbina Pelton está llena de aire con presión atmosférica (1 bar). A través de las boquillas, el agua acelera mientras la presión en el agua cae a la presión atmosférica. Como la presión en el agua no cambia antes y después del contacto con el impulsor, una turbina de pellejo se puede denominar turbina de presión líquida.

La rueda de desplazamiento se monta en un eje vertical u horizontal que está equipado con uno o más cojinetes. Normalmente, los ejes horizontales se usan para turbinas hidráulicas con uno o dos rayos, mientras que uno selecciona el eje vertical si hay más rayos. La boquilla o las boquillas en la turbina Pelton se montan de manera que el chorro de agua golpee las palas más externas en el impulsor en ángulos rectos.

Las palas están montadas firmemente de manera que el chorro de agua toque cada pala por un momento. Debido a que el agua tiene una cierta velocidad después de que haya salido de los recipientes, desaparece rápidamente del impulsor, por lo que los recipientes están vacíos de agua cuando llegan al siguiente chorro de agua. La colisión entre las gotas de agua y la parte posterior de los tazones representa un cierto problema. El diseño de la turbina Pelton está hecho para usar el agua rápidamente.

Los platos en el impulsor son dobles en la forma en que en el medio de cada pala hay un cuasi- huevo que corta el chorro de agua. Cada una de las dos mitades del recipiente desvía la mitad del chorro de agua, y cuando tiene que seguir el contorno de los recipientes, el agua hace una "vuelta en U". Cada mitad del chorro de agua escindido pasa virtualmente una curva de 180 ° antes de abandonar el borde exterior del recipiente. Esto equilibra las fuerzas de carga lateral en la rueda y el eje. El hecho de que el agua haga una "vuelta en U" es un requisito previo para la mejor utilización posible del impulso del chorro de agua. Para que el chorro de agua no se corte por el recipiente directamente en frente del que hace que el chorro de agua se endereza, se hace una muesca (rebaje) en la parte más externa de cada recipiente.

En las turbinas Pelton de alta presión modernas, el impulsor está hecho de una sola pieza de acero forjado. Para plantas hidráulicas de baja presión, es común que los tazones se atornillen a la rueda, mientras que esta era la única forma de construcción.

El chorro de agua ejerce una fuerza en cada uno de los platos, y el producto de esta fuerza y ​​el radio desde el centro del impulsor hasta donde golpea la viga es el par de fuerzas de la turbina (fuerza por el brazo). Cuando el impulsor gira, se realiza el trabajo correspondiente a la definición, que establece que el trabajo es igual al momento multiplicado por la velocidad de rotación (velocidad angular). La energía potencial del agua en el estanque de admisión de la planta de energía hidráulica se transforma en energía cinética (rotación) en la turbina. Una pequeña parte de la energía cinética original en el flujo de agua permanece en el agua después de que la rueda haya girado al siguiente tazón. Esto significa que no se utiliza toda la energía en el agua, pero como se mencionó anteriormente, esto es necesario para que el agua salga rápidamente del impulsor. Esto evita la colisión entre el agua y la parte posterior de los tazones, lo que a su vez reducirá la velocidad de la rueda.

El efecto que puede desarrollar una turbina Pelton es como con todas las demás turbinas hidráulicas determinadas únicamente por la eficiencia, la altura de caída y el flujo de agua.

Aplicación de la turbina Pelton

La turbina Pelton es el tipo de turbina preferido para el uso de cascadas con gran altura de caída y pequeñas cantidades de agua. La mayor altura de caída para una central eléctrica en el mundo es la central eléctrica Bieudron en Suiza, con una altura de caída de 1883 m. Esta central eléctrica cuenta con las tres turbinas más alejadas, la más grande del mundo con un rendimiento de 423 megavatios (MW) cada una.

Las turbinas Pelton se utilizan también en pequeñas centrales eléctricas, plantas de energía de minihidráulica y centrales hidroeléctricas. Instalaciones donde la altura de caída es de unas pocas decenas de metros y la extinción de unos pocos litros por segundo no es infrecuente.

valoración: 3 - votos 1

Última revisión: 5 de diciembre de 2018