Son aquellas que aprovechan únicamente la velocidad del flujo de agua para hacerlas girar. El tipo más utilizado es la denominada turbina Pelton, aunque existen otros como la Turgo, con inyección lateral.
Turbinas Pelton
Esta turbina se emplea en grandes saltos con poco caudal. Está formada por un rodete móvil con alabes de doble cuenco. El chorro de agua entra en la turbina dirigido y regulado por uno o varios inyectores, incidiendo en los alabes y provocando el movimiento de giro de la turbina.
El inyector (o inyectores) dirigen agua a presión contra la serie de paletas en forma de cuchara montadas alrededor del borde del rodete, cada paleta invierte el flujo de agua, disminuyendo su energía, las paletas se montan por pares para mantener equilibradas las fuerzas en la rueda. Normalmente, las pequeñas instalaciones usan paletas estándar 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 con la variación del número de inyectores y palas a instalar en la turbina, así como diferentes diámetros de la turbina. En las grandes instalaciones hidroeléctricas, el diseño se realiza a medida determinando, en primer lugar, el par admisible, volumen, caudal nominal presión máxima para adaptar su funcionamiento al entorno de la instalación y a un generador, normalmente estándar.
Asimismo, la potencia se regula a través de los inyectores, que aumentan o disminuyen el caudal de agua. En las paradas de emergencia, se emplea un deflector que dirige el chorro directamente al desagüe, evitando que la turbina se acelere demasiado. Esto permite un cierre lento de los inyectores, sin golpes de presión en la tubería forzada.
Estas turbinas tienen una alta disponibilidad y bajo coste de mantenimiento, además su rendimiento es bastante alto, tanto en condiciones nominales como en caudales hasta un 80% inferior al nominal.
La versatilidad de este tipo de máquinas hace que sea muy apropiada en condiciones parciales de trabajo, además de permitir una amplia variación de caudales en su funcionamiento. Se puede instalar con eje horizontal o vertical, y con uno o varios inyectores.
La combinación más frecuente es:
- Eje horizontal en las máquinas con uno o dos inyectores.
- Eje vertical en las máquinas con más de dos inyectores. Esta solución encarece el coste del generador.
Turbinas Ossberger
Es una turbina de flujo cruzado, de doble impulsión o de libre desviación. Su accionamiento se realiza a través de un inyector de sección rectangular provisto de un alabe longitudinal que regula y orienta el caudal que entra en la turbina, y un rodete de forma cilíndrica, con sus múltiples palas dispuestas como generatrices y soldadas por los extremos a discos terminales. Funciona a un régimen de giro específico, por tanto, se puede incluir en la clasificación de turbinas de régimen lento.
El primer impulso se produce cuando el caudal entra en la turbina orientado por el alabe del inyector hacia las palas del rodete. Cuando este caudal ha atravesado el interior del rodete proporciona el segundo impulso, al salir del mismo y caer por el tubo de aspiración. En la práctica, este sentido de circulación ofrece además la ventaja de que el follaje, hierba y lodos, que durante la entrada del agua se prensan entre los alabes, vuelven a ser expulsados con el agua de salida con la contribución de la fuerza centrífuga después de medio giro del rodete.
Se puede considerar una turbina con un rodete de limpieza automática. En los casos en los que el caudal del río lo requiere, se ejecuta la turbina Ossberger en construcción de células múltiples para poder adaptarse a diversas explotaciones.
Se puede ajustar el tamaño de la célula en caudales con un intervalo de seis veces de diferencia con tan solo restringir la entrada del mismo a una zona del rodete. El rendimiento total medio de las turbinas Ossberger se calcula para potencias pequeñas en un 80 % para todo el campo de trabajo.
Para las unidades medianas y grandes, se han medido rendimientos de hasta un 86 %. No obstante, estos rendimientos son generalmente superados en la práctica. En la turbina dividida Ossberger, la entrada del agua propulsora se regula por medio de dos palas directrices perfiladas de fuerza compensada.
Las palas directrices dividen y dirigen la corriente de agua haciendo que esta llegue al rodete sin efecto de golpe con independencia de la abertura de entrada. Ambas palas giratorias se hallan perfectamente ajustadas en la carcasa de la turbina.
Las pérdidas por fuga (rendimiento volumétrico) son tan escasas que las palas directrices pueden servir de órgano de cierre en saltos de poca altura. De esta manera, no es preciso que se prevea ninguna válvula de cierre entre la tubería de presión y la turbina. El rodete constituye la parte esencial de la turbina. Está equipado con palas que están fabricadas en acero y ajustadas y soldadas a ambos lados en discos.
La turbina Ossberger se basa en el principio de la libre desviación. No obstante, un tubo de aspiración es imprescindible para caídas medianas y pequeñas. Este tubo permite conseguir un montaje resistente a las crecidas con un aprovechamiento sin pérdidas de toda la altura del salto. Si el diseño de una turbina de libre desviación con un amplio campo de aprovechamiento requiere la incorporación de un tubo de aspiración, es precisa su regulación de la columna del agua de aspiración.
Debido a su propio sistema de accionamiento, las turbinas Ossberger no están expuestas a la cavitación. Son innecesarias, por lo tanto, las instalaciones necesarias para que este fenómeno no se produzca, así como los problemas derivados de su aparición.
La velocidad a la que se embala esta clase de turbinas es casi dos veces superior al régimen de giro nominal. Por tanto, es posible acoplar el eje de salida de esta turbina a generadores fabricados en serie.
La turbina Ossberger fue diseñada para funcionar durante largos periodos de tiempo en régimen continuo, no requiere medios especiales para su mantenimiento. Su instalación es frecuente en países en vías de desarrollo ya que su instalación y puesta en marcha no requiere grandes conocimientos hidráulicos.
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