Turbinas hidráulicas: funcionamiento, clasificación y pérdidas

2) Función del distribuidor de turbina

Es un elemento estático, pues no posee velocidad angular y en él no se produce trabajo mecánico. Sus funciones son:

• Acelerar el flujo de agua al transformar total o parcialmente la energía potencial del agua en energía cinética.
• Dirigir el agua hacia el rodete, siguiendo una dirección adecuada.
• Actuar como órgano regulador de caudal.

3) Energía máxima que se puede extraer del viento

Para calcular cuándo tendremos máxima potencia mecánica, derivamos e igualamos a cero: dPm/da = 2pSv^3(1 - 4a + 3a^2)

La máxima potencia ocurre cuando a = 1/3, por tanto Pm = 1/2 pSv^3 (16/27).

Este valor es el máximo de la potencia contenida en la corriente de aire que es capaz de extraer el rotor de una aeroturbina.

2) Clasificación de dispositivos WEC

• Flotante en alta mar para aguas profundas.
• Atado al lecho marino a profundidades intermedias.
• Fijo en el lecho marino.
• Aguas poco profundas.

Turbinas de acción

Son aquellas en las que la energía de presión del agua se transforma completamente en energía cinética, y tiene lugar en órganos fijos. Misma presión en la entrada y salida del rodete. Rodete a presión atmosférica. Ejemplo: turbina Pelton (eje horizontal).

Turbinas de reacción

Son aquellas en las que solamente una parte de la energía de presión del agua se transforma en energía cinética. Si es pura, tiene lugar en el rodete; si es mixta, una parte en la corona fija y el resto en el rodete. La presión a la entrada es superior a la atmosférica y a la salida inferior. El rodete está inundado. Tienen tubo de aspiración a la salida para aumentar el salto de presión. Ejemplos: turbina Francis (horizontal o normalmente vertical) y Kaplan (horizontal, inclinada o normalmente vertical).

Pérdidas en turbomáquinas

Las pérdidas en turbomáquinas son las pérdidas de energía que tienen lugar en el flujo entre la entrada y la salida de la turbomáquina.

• Pérdidas hidráulicas: pueden ser por rozamiento, por choques o por la velocidad de salida que se pierde.
• Pérdidas volumétricas: se deben a que entre el rodete y la carcasa pasa un caudal cuya energía se desperdicia.
• Pérdidas mecánicas: se deben a los rozamientos del prensaestopas y de los cojinetes con el eje de la máquina.

Tipos de potencia

• Potencia exterior (efectiva o al freno): potencia medida exteriormente en el eje.
• Potencia interior: potencia suministrada al eje por el caudal que pasa por el rodete.
• Potencia del flujo: la que corresponde al salto de energía H que sufre el caudal en la máquina.

Ecuación de Euler

Es la energía que obtenemos por cada kg de fluido que pasa por el interior del rodete. Si las fuerzas que actúan sobre las secciones de entrada y salida del rodete son paralelas al eje o lo cortan, no contribuyen al giro del motor.

• Es aplicable a líquidos y gases.
• No depende de la trayectoria del fluido en el rodete, sino de los triángulos de entrada y salida.
• Es aplicable independientemente de las condiciones de funcionamiento.

Rangos de funcionamiento de las turbinas

Pelton

H = 100 - 1800 m; ns = 10 - 75; 20 inyectores; Pe = 200 MW.

Turbina Francis

H = 30 - 550 m; ns = 50 - 450 (ns óptimo = 225); Pe hasta 375 MW.

Turbina Kaplan

H = 4 - 90 m; ns = 400 - 900 (ns óptimo = ns bajo); Pe: grandes potencias.