Turbinas Hidráulicas

109. Diferencias entre Turbinas Francis y Kaplan

La principal diferencia entre las turbinas Francis y Kaplan radica en el diseño de sus álabes y el tipo de flujo:

• Turbina Kaplan: Flujo axial, utilizada en represas de baja cabeza (baja altura) y gran caudal. Sus álabes son regulables. Son de admisión radial y se asemejan a la hélice de un barco.
• Turbina Francis: Flujo mixto, puede ser utilizada en aplicaciones con baja o alta cabeza. Sus álabes no son regulables. Son más versátiles y se utilizan con mayor frecuencia en centrales hidroeléctricas.

110. Turbina Dériaz

La turbina Dériaz puede considerarse una turbina Francis de álabes orientables como la Kaplan, o una combinación de las características de una turbina Francis rápida y una Kaplan. Fue construida por primera vez en 1957 por el ingeniero Paul Dériaz para la central de las Cataratas del Niágara. Se basa en la turbina Kaplan con una doble evolución sobre la misma.

111. Grupo Bulbo: Situaciones de Interés y Justificación

La instalación de un grupo bulbo resulta interesante cuando la altura geométrica del salto es pequeña, ya que en estas situaciones las pérdidas de carga pueden ser significativas. Para minimizar estas pérdidas, se busca reducir los cambios en la dirección del fluido al atravesar la máquina. La turbina Bulbo logra esto mediante un diseño de eje horizontal que se sumerge completamente, simplificando el recorrido del agua. El acceso se realiza a través de un pozo con diseño exterior aerodinámico para minimizar la obstrucción al paso del fluido.

112. Turbina Straflo

La turbina Straflo fue desarrollada para aprovechar las ventajas de la turbina Bulbo sin la limitación de potencia que impone el generador encapsulado. Esta máquina se monta horizontalmente en la dirección del flujo. Los polos del alternador se montan en un anillo acoplado directamente a la periferia del rodete, eliminando el eje de accionamiento. Esto resulta en unidades compactas con mayor rendimiento (al no interponerse el generador en el flujo de agua), reducción de costes y menor mantenimiento. Gracias a su alta inercia, estas máquinas se pueden emplear en grandes centrales para estabilizar la red. La mayoría de las turbinas Straflo trabajan con regulación simple, aunque también existen modelos con doble regulación.

113. Relaciones entre Altura Geométrica, Altura Neta y Altura Teórica en Bombas y Turbinas

En Bombas:

• Hg: Distancia vertical entre una superficie libre de líquido y una cota de referencia.
• Ht: Altura de energía que suministra la bomba en ausencia de pérdidas.
• H: Altura de energía teórica menos las pérdidas.

Relaciones:

• H = Hg + pérdidas de instalación
• H = Ht – pérdidas de bomba

En Turbinas:

• Hg: Distancia vertical entre una superficie libre de líquido y una cota de pérdidas.
• H: Altura teórica con pérdidas.

Relaciones:

• Hg = H – pérdidas de instalación
• H = Ht + pérdidas de turbina

114. Máquinas en Centrales de Acumulación por Bombeo

Las centrales de acumulación por bombeo pueden utilizar:

• Grupos ternarios
• Turbinobombas
• Centrales separadas para bombeo y generación

Es importante tener en cuenta que el rendimiento de estas centrales es menor que el de una central hidroeléctrica convencional, ya que se consume más energía al bombear agua que la que se obtiene al turbinar ese mismo caudal desde la altura a la que se elevó.

115. Tipo de Turbina en Grupos Ternarios

Generalmente, los grupos ternarios utilizan turbinas Francis.

116. Grupos Ternarios y Turbinobombas: Diferencias

Grupos Ternarios: Constan de una turbina, un alternador-motor síncrono y una bomba montados en el mismo eje, funcionando entre los mismos niveles de agua. El sentido de rotación puede ser el mismo para la turbina y la bomba, permitiendo cambiar de funcionamiento sin detener el grupo.

Turbinobomba: Máquina que actúa como turbina o bomba según el sentido de giro. Para cambiar de funcionamiento, es necesario detener la máquina.

117. Dificultades en el Diseño de una Turbinobomba

El diseño de una turbinobomba es más delicado que el de una turbina o bomba por separado debido a varios factores:

• Las pérdidas son diferentes en ambos funcionamientos. En bombas, las pérdidas hidráulicas influyen en la presión de salida del rotor y en las pérdidas por fugas, mientras que en turbinas, las pérdidas volumétricas son independientes del rotor.
• Si el caudal fuese el mismo al bombear y al turbinar, la velocidad de salida al funcionar como turbina debe ser axial, pero las bombas suelen tener la entrada del rotor más ancha para favorecer caudales superiores al normal.
• El diseño de los álabes difiere entre bombas y turbinas. Los álabes de las bombas tienen el borde de ataque redondeado, lo cual es desfavorable cuando la máquina funciona como turbina.
• El difusor de las bombas suele ser más ancho que el rotor, mientras que en turbinas el distribuidor suele ser más estrecho.

118. Factores que Influyen en la Economía de una Central de Acumulación por Bombeo

El coste de una central de acumulación por bombeo, al igual que en las centrales convencionales, disminuye al aumentar la altura geométrica del bombeo y la turbinación. Al aumentar la altura geométrica para una misma potencia, disminuye el volumen del embalse y el diámetro de la tubería forzada (y por tanto su precio), aunque aumente su longitud. En conclusión, la construcción de una central de acumulación por bombeo será más económica cuanto mayor sea la altura en vertical (altura geodésica del embalse) y menor sea la distancia en horizontal (longitud de la conducción).