TURBINA PELTON
Una
turbina Pelton es uno de los tipos más eficientes de
turbina hidráulica. Es una
turbomáquina motora, de flujo tangencial (transversal), admisión parcial y de acción. Consiste en una rueda (rodete o rotor) dotada de cucharas en su periferia, las cuales están especialmente realizadas para convertir la
energía de un chorro de agua que incide sobre las cucharas.
Las
turbinas Pelton están diseñadas para explotar grandes saltos hidráulicos de bajo caudal. Las
centrales hidroeléctricas dotadas de este tipo de turbina cuentan, en su mayoría, con una larga tubería llamada
galería de presión para transportar al fluido desde grandes alturas, a veces de hasta más de 1500 metros. Al final de la galería de presión se suministra el agua a la turbina por medio de una o varias
válvulas de aguja, también llamadas inyectores, los cuales tienen forma de
tobera para aumentar la velocidad del flujo que incide sobre las cucharas.
FuncionamientoEditar
Proyección cilíndrica en el diámetro Pelton de una cuchara.
La tobera o inyector lanza directamente el chorro de agua contra la serie de paletas en forma de cuchara montadas alrededor del borde de una rueda, el doble de la distancia entre el eje de la rueda y el centro del chorro de agua se denomina diámetro Pelton. El agua acciona sobre las cucharas intercambiando energía con la rueda en virtud de su cambio de cantidad de movimiento, que es casi de 180°. Obsérvese en la figura anexa un corte de una pala en el diámetro Pelton; el chorro de agua impacta sobre la pala en el medio, es dividido en dos, los cuales salen de la pala en sentido casi opuesto al que entraron, pero jamás puede salir el chorro de agua en dirección de 180° ya que si fuese así el chorro golpearía a la pala sucesiva y habría un efecto frenante. La sección de entrada del fluido a la cuchara se denomina 11, así como 12 a la sección de salida.
El estudio analítico de la interacción agua-pala puede ser sumamente complicado debido al desplazamiento relativo entre la pala y el chorro de agua. Por otro lado se simplifica el estudio de las turbinas Pelton a la sección cilíndrica del diámetro Faubert.
Así la energía convertida por unidad de masa de agua está dada por la ley de
Euler de las turbomáquinas:
{\displaystyle L=u_{1}c_{u1}-u_{2}c_{u2}}
donde:
- {\displaystyle L}
, es la energía específica convertida.
- {\displaystyle u_{1}}
y {\displaystyle u_{2}}
, es la velocidad tangencial de la cuchara en los puntos donde el agua llega y sale de la misma respectivamente.
- {\displaystyle c_{u1}}
y {\displaystyle c_{u2}}
, son, respectivamente, las proyecciones de la velocidad absoluta del fluido sobre la velocidad tangencial de la cuchara en los puntos de llegada y salida de la misma.
Como la velocidad tangencial de rotación de la rueda Pelton es la misma en todos los puntos del diámetro pelton (recuérdese la fórmula de la velocidad angular
{\displaystyle u=\omega r}
) las velocidades
{\displaystyle u_{1}} y
{\displaystyle u_{2}} son iguales. Entonces la fórmula de Euler se puede simplificar:
{\displaystyle L=u(c_{u1}-c_{u2})}
La turbina Pelton es un tipo de turbina de impulso, y es la más eficiente en aplicaciones donde se cuenta con un salto de agua de gran altura.
Dado que el agua no es un
fluido compresible, casi toda la energía disponible se extrae en la primera etapa de la turbina. Por lo tanto, la turbina Pelton tiene una sola rueda, al contrario que las turbinas que operan con fluidos compresibles.
Lester Allan Pelton, inventor estadounidense quien a sus veinte años emigró al estado de California en donde se acababa de descubrir el potencial de explotación que se podía obtener en las minas de oro. En 1853 pasó a trabajar en las minas de oro de Camptonville, Nevada City y Grass Valley. A pesar de su escasa formación,
Lester Allan Pelton era un ingenioso minero, donde inicialmente aprendió las técnicas empleadas en la época para generar la energía necesaria en el proceso de trituración del mineral y en el bombeo de aire al interior de la mina, el primer mecanismo que implemento fueron las ruedas de agua, parecidas a un molino, después implemento las máquinas de vapor. En ese momento el señor Allan Pelton experimentaba fallos en sus mecanismos. En dicho instante, se le ocurre que a través de turbinas pudiera diseñar ruedas hidráulicas con álabes o paletas sobre las que incidía un chorro de agua lanzado a gran velocidad. Observando el mecanismo con el que funcionaba su invento, dio por casualidad con un método que hacia mucho más eficaz el mecanismo de la turbina. Si el chorro, en vez de golpear en el centro de las paletas, lo hacía en su borde, el flujo de agua salía de nuevo en dirección inversa y hacía que la turbina adquiriese mayor velocidad; este hecho se basaba en el principio por el cual toda la energía cinética producida por el chorro se conserva y puede ser utilizada después en la generación de electricidad.
Instalación común de una turbina Pelton con dos inyectores.
Existen turbinas Pelton de muy diversos tamaños. Hay turbinas de varias toneladas montadas en vertical sobre cojinetes hidráulicos en las centrales hidroeléctricas. Las turbinas Pelton más pequeñas, solo de unos pocos centímetros, se usan en equipamientos domésticos.
En general, a medida que la altura de la caída de agua aumenta, se necesita menor caudal de agua para generar la misma
potencia. La energía es la fuerza por la distancia, y, por lo tanto, una presión más alta puede generar la misma fuerza con menor caudal.
Cada instalación tiene, por lo tanto, su propia combinación de
presión,
velocidad y
volumende funcionamiento más eficiente. Usualmente, las pequeñas instalaciones usan paletas estandarizadas y adaptan la turbina a una de las familias de generadores y ruedas, adecuando para ello las
canalizaciones. Las pequeñas turbinas se pueden ajustar algo variando el número de toberas y paletas por rueda, y escogiendo diferentes diámetros por rueda. Las grandes instalaciones de encargo diseñan el par torsor y volumen de la turbina para hacer girar un generador estándar.
Válvulas de control hidráulicas
Las válvulas de control hidráulico son la mejor opción cuando necesitamos controlar o regular casi cualquier variable en una línea de agua.
Las mismas ofrecen mediante la combinación de un cuerpo de válvula standard más diferentes pilotos la versatilidad más alta para los controles más precisos.
Podemos dividir las mismas en dos grandes series: las de cámara única y las de cámara doble, siendo las más usadas en aplicaciones complejas y grandes diámetros las de cámara doble.
Dada la gran variedad de modelos, configuraciones y materiales utilizados podemos decir que estaríamos en condiciones de ofrecer la válvula adecuada para realizar cualquier tipo de control en cualquier tipo de proceso en líneas de agua (o líquidos homogéneos) sin necesidad de una fuente de energía adicional más que la del propio fluido en uso.
Plantas Hidroeléctricas
Las plantas hidroeléctricas son aquellas que aprovechan la energía hidráulica para producir energía eléctrica. La energía hidráulica es la forma de energía generada por la fuerza del movimiento del agua; primero una máquina la transforma en energía mecánica y después otra máquina se encarga de transformarla en energía eléctrica.
Una planta hidroeléctrica funciona en base a la caída del agua. Es necesario formar un embalse para mantener la generación de la energía, debido a que el caudal del río varía a lo largo del año. Para formar el embalse, se construye una represa; ésto permite que el agua adquiera energía potencial. Después se encuentra un pequeño túnel, el cual atraviesa la construcción para conducir el agua hasta la casa de máquinas; en este paso se transforma a energía cinética. El túnel se une a una tubería de presión, que a su vez se une a diferentes turbinas. Las turbinas convierten la energía hidráulica en energía mecánica, que impulsa el generador. Éstos grandes motores eléctricos contienen magnetos y alambres, y por debajo tienen una barra de metal conectada a un propulsor, que es impulsado por el agua al caer en la represa. Al caer el agua, ésta mueve al propulsor, y la barra de metal da vueltas, lo que permite que el generador produzca electricidad. El agua, cuando pierde la energía, se reincorpora al río aguas abajo de la central a través de un canal de desagüe.
Ventajas:
- Son fuentes generadoras de energía limpias, ya que no emiten gases de invernadero o provocan lluvia ácida.
- Las turbinas hidroeléctricas son de fácil control y tienen costo de mantenimiento reducido.
- Generan puestos de trabajo, tanto en construcción como en mantenimiento y explotación.
- En cuanto el ciclo de agua perdure, es un recurso inagotable.
- No necesitan combustible y no contaminan la atmósfera.
- Almacenan agua para regadío.
Desventajas:
- La generación de la energía depende de las condiciones meteorológicas, que varían de estación a estación.
- Su costo inicial es muy alto, aparte de que toman mucho tiempo para construirse.
- Alteran la vegetación y fauna de la zona, sobretodo de manera fluvial.
- Si hay algún desperfecto, inundan ciudades completas.
Paloma Siller García.
Fuentes:
https://es.m.wikipedia.org/wiki/Turbina_Pelton
http://www.fidemar.com.uy/site/www/productos/valvulas-de-control-hidraulicas.c41.html
http://fisica1prepacl.blogspot.com.es/2016/05/plantas-hidroelectricas-las-plantas.html