¿Qué es y cómo funciona una turbina hidráulica?

En muchos países existen centrales hidroeléctricas que se encargan de producir electricidad a partir de la fuerza del agua. ¿Sabes cómo se logra obtener esta energía? Se trata de un proceso en el que es fundamental la función de una turbina hidráulica, un dispositivo especialmente creado para la producción de energía eléctrica.

Si no sabes lo que es una turbina hidráulica o no conoces muy bien cuáles son sus funciones, no te preocupes. En este artículo te estaremos dando toda la información que necesitas para poder entender el funcionamiento de estos dispositivos, de la manera más fácil y práctica.

Así que busca papel y lápiz para que tomes nota de los datos que te daremos a continuación, y así puedas conocer la importancia de las turbinas hidráulicas en la producción de energía.

¿Qué es una turbina hidráulica?

La turbina hidráulica es una máquina motora hidráulica que permite aprovechar la energía que proviene de un fluido, como por ejemplo del agua, que pasa a través de su estructura produciendo un movimiento de rotación, que a su vez se encarga de estimular un generador eléctrico que transforma esa energía mecánica en eléctrica.

En otras palabras, se trata de una maquinaria que convierte la energía potencial contenida en un cuerpo de agua elevado (un río o embalse) en energía mecánica rotacional. Las turbinas pueden ser de reacción o de impulso. El tipo de turbina indica la manera en que el agua hace que gire el rodete de la turbina.

Por esta razón, las solemos ver en las grandes centrales hidroeléctricas que se ubican en embalses o cercanas a ríos con gran afluencia de agua. Es allí donde las turbinas hacen su trabajo y transforman toda esa fuerza del líquido en energía eléctrica para nuestros hogares.

¿Cómo funciona una turbina hidráulica?

El funcionamiento de una turbina eléctrica se basa específicamente en la fuerza que es generada por el agua, ya sea por la caída de un salto, o simplemente por la corriente del flujo del líquido. Por esta razón, se suelen ubicar de forma fija en las salidas de agua de ríos o embalses.

Esta fuerza hace girar la turbina y su eje, de modo que el generador que se encuentra acoplado a la turbina empiece el proceso de conversión de la energía generada por el agua, en energía eléctrica. En este sentido, mientras mayor sea la fuerza del agua, mayor será la energía producida por la turbina.

En la siguiente imagen puedes observar cada una de las partes que conforman el mecanismo de una turbina hidráulica, para que puedas entender mejor su funcionamiento.

Se trata de una herramienta sumamente importante para la generación de electricidad en grandes ciudades y países, y una de las mejores fuentes de energía que se puede aprovechar, sin causar daño al medio ambiente a través de materiales tóxicos o dañinos.

¿Cuáles son los tipos de turbina hidráulica?

La turbina hidráulica se clasifica generalmente en dos categorías principales, las cuales se definen de acuerdo con el cambio de presión en el rodete o al grado de reacción y de acuerdo con el diseño del rodete.

En este caso, empezaremos hablándote de las turbinas hidráulicas de acuerdo con el cambio de presión en el rodete o al grado de reacción, las cuales son las siguientes:

• Turbinas de acción: Son aquellas en las que el fluido de trabajo no sufre un cambio de presión importante en su paso a través de rodete.
• Turbinas de reacción: Son aquellas en las que el fluido de trabajo sí sufre un cambio de presión importante en su paso a través de rodete.

Ahora te preguntarás ¿Cómo sé cuál es cuál? Pues muy sencillo, solo debes saber cuál es el gado de reacción de la turbina hidráulica.

Por ejemplo, en el caso de las turbinas de acción, estas solo aprovechan la velocidad del flujo del agua, mientras que en el caso de las de reacción, además del flujo también aprovechan la pérdida de presión que se produce en su interior.

Tipos de turbina hidráulica de acuerdo con el diseño del rodete

En esta categoría podemos diferenciar 6 tipos de turbina hidráulica, las cuales se suelen diferenciar especialmente por las características generales de la turbina, como por ejemplo de su tamaño, ángulo de los álabes, así como otras partes físicas de la máquina.

Los tipos de turbina hidráulica de acuerdo con el diseño del rodete son los siguientes:

• Turbina Kaplan: Este tipo de turbina hidráulica tiene la capacidad de poder cambiar el ángulo de sus palas durante el proceso de conversión de la energía, por lo que están diseñadas para trabajar en saltos de agua de menor medida, pero con fuertes corrientes en su caudal.
• Turbina Hélice: Al igual que las turbinas Kuplkan, las de Hélice tienen la particularidad de que cuentan con válvulas regulables. Sin embargo, en este caso las palas son fijas, por lo que, en lugar de variar el ángulo, varía es la velocidad del rotor de la turbina.
• Turbina Pelton: Son turbinas de flujo transversal, y de admisión parcial. Directamente de la evolución de los antiguos molinos de agua, y en vez de contar con álabes o palas se dice que tiene cucharas. Están diseñadas para trabajar con saltos de agua muy grandes, pero con caudales pequeños.
• Turbina Francis: Son turbinas de flujo mixto y de reacción. Existen algunos diseños complejos que son capaces de variar el ángulo de sus álabes durante su funcionamiento. Están diseñadas para trabajar con saltos de agua medios y caudal medios.
• Turbina Ossberger / Banki / Michell: La turbina OSSBERGER es una turbina de libre desviación, de admisión radial y parcial. Debido a su número específico de revoluciones cuenta entre las turbinas de régimen lento.
• Turbina Turgo: Es una turbina hidráulica de impulso diseñada para saltos de desnivel medio. El rodete de una Turgo se parece a un rodete Pelton partido por la mitad. Para la misma potencia, el rodete Turgo tiene la mitad del diámetro que el de un rodete Pelton y dobla la velocidad específica.

Cada uno de estos tipos, a pesar de contar con, tienen la particularidad de cumplir con la misma función de recibir la energía proveniente de la fuerza del agua que pasa a través de ellas, para convertirla en energía eléctrica.

¿Cuáles son las partes de una turbina hidráulica?

Como te mencionamos antes, la turbina hidráulica, al igual que muchas de las máquinas industriales, funciona gracias al ensamblaje de diferentes piezas que trabajan en conjunto para cumplir con el objetivo de contribuir en el proceso de transformación de la energía del agua en electricidad.

Para que conozcas cada una de sus funciones, a continuación te mencionamos cuáles son las partes de una turbina hidráulica:

• Distribuidor: Esta es una pieza que se encuentra fija dentro del cuerpo de la turbina, es decir, no cumple con ningún trabajo mecánico dentro del funcionamiento de la turbina hidráulica. Su función es simplemente distribuir el flujo de agua a los llamados “rodetes”, para así regular la cantidad de líquido que pasa a través de la turbina hidráulica.
• Rodete: Esta es la principal pieza que le da funcionamiento a la turbina. Se trata de una especie de disco que cuenta con un sistema de paletas o álabes a su alrededor, las cuales giran con el paso del agua a través de ellas. En este sentido, la energía que proviene del flujo de agua se convierte en energía eléctrica precisamente en el rodete de la turbina, ya sea por aceleración y desviación, o simplemente por desviación del líquido que pasa a través de las paletas de la turbina.
• Tubo de aspiración: Esta pieza se suele encontrar únicamente en las turbinas de reacción y se instalan justo después del rodete. Su principal función es rescatar la altura que hay entre la salida del rotor y el nivel del canal de desagüe, así como recuperar parte de energía cinética perteneciente a la velocidad residual del fluido en la salida del rotor.
• Carcasa: Es el componente que se encarga de soportar y cubrir las partes de la turbina. En ciertos modelos, como Kaplan y Francis, tiene forma de espiral.

Ten en cuenta que estas son las partes generales de una turbina hidráulica, por lo que es posible que puedan variar dependiendo del modelo del que se esté hablando, así como de las características y especificaciones de su funcionamiento.

¿Cuál es la importancia de una turbina hidráulica?

Como te hemos mencionado a lo largo del artículo, Una turbina hidráulica es un dispositivo mecánico que convierte la energía potencial contenida en un cuerpo de agua elevado (un río o embalse) en energía mecánica rotacional.

Es decir, se trata de una herramienta esencial en el proceso de generación de energía eléctrica, y es la principal máquina que permite el correcto funcionamiento de las centrales hidroeléctricas a nivel mundial, en donde se genera la electricidad que se envía a nuestros hogares, luego de seguir un proceso de conversión en la que la fuente de energía es el agua.