Hoy en día, es imposible pensar en una vida sin electricidad y es por esto que hay muchas formas de obtener energía eléctrica, y una de ella se la debemos gracias a las centrales hidráulicas.

Dentro de las centrales hidráulicas, ocurre un proceso que consiste en la transformación de la energía del agua en energía eléctrica ¿Y cómo es posible? Esto se debe gracias a las poderosas turbinas que se hallan en ellas, siendo una de las más importante las turbinas Pelton.

Historia de la turbina Pelton

Para conocer la historia de esta turbina, primero tenemos que dirigirnos a mediados de 1800, donde un inventor estadounidense, llamado Lester Allan Pelton. Pudo descubrir durante su trabajo en las minas de oro una nueva forma de generar energía en la mina.

No obstante, la clave del descubrimiento de Pelton, fue cambiar dónde impactaba el chorro de agua en los alabes. Hasta ese momento, lo hacían en su centro, pero Pelton, se dio cuenta que si el agua impactaba en los bordes de los álabes, estos provocarían que el flujo del agua regresara de forma inversa, en consecuencia, produciendo una mayor velocidad.

Qué es una turbina Pelton

Las turbinas Pelton son un tipo de turbina de acción tangencial. Por lo tanto, son utilizadas en las centrales hidráulicas, donde la caída de agua es muy alta, pero tiene un pequeño caudal.

Esta turbina se distingue de otras, cómo las Kaplan y Francis, debido a que se compone de varios distribuidores de agua que rodean el rodete de la turbina. Estos chorros de agua impactan en los álabes o paletas que están unidas al rodete, empujando el agua y haciendo que el mismo rodete gire. Este movimiento pasa por el eje para finalmente, llegar al generador.

Características de la turbina Pelton

Ya que conoces qué es una turbina Pelton, entonces es el momento de hablar de las características técnicas de la turbina, que predominan en todos los tipos de turbinas Pelton.

  • En las turbinas de acción el chorro de agua actúa en el rotor de la turbina.
  • También son turbinas tangenciales, esto significa que el agua impacta al rodete en toda su periferia.
  • Normalmente posee un eje horizontal o vertical (El eje, es un elemento, que transmite la energía cinética del rotor al generador).
  • Su utilización se da mayormente en saltos de agua que están a grandes alturas. Aproximadamente a 200 m o alturas superiores.
  • Además, son usados en pequeños caudales de agua, normalmente hasta 10 metros cúbicos por segundo.
  • El giro de la turbina se produce por la fuerza del impulso del chorro de agua.

Finalmente, te dejaremos una pequeña tabla donde te indicamos los valores técnicos utilizados en instalaciones hidráulicas que van utilizar una turbina de estilo Pelton.

Valores de una Turbina Pelton

PESignifica la potencia en los bornes del generador
KWPPotencia al eje de la turbina
KWQEs el caudal de la turbina en m3/s
HEs el salto neto en metros
ρEs la densidad del agua por 1000 kg/m3
ηEficiencia de la turbina (Adimensional)
ηTREficiencia de la transmisión (Adimensional)
ηGEficiencia del generador (Adimensional)
ηGREficiencia del grupo de generación (Adimensional)
KEs una constante, donde K es 1000 W/kW
GGravedad

Funcionamiento de la turbina Pelton

  • Las puntas de los álabes cortaran el potente chorro de agua, lo que provocara una división en películas del fluido, así como de forma simétrica y provenientes del mismo caudal.
  • Ahora estos chorros de agua actúan directamente en el rotor o rodete, que empujaran a los álabes. Por lo tanto, consiguen la transformación de la energía hidráulica a la mecánica.
  • El diseño de los álabes permite direccionar el agua hacia otra parte, pero sin ningún tipo de energía por los bordes laterales. Lo que no proporciona ningún problema para los otros álabes que se encuentran trabajando.
  • Por lo tanto, el chorro de agua pasa la energía cinética al rodete, y en consecuencia, se convierte inmediatamente en energía mecánica.
  • Ahora, la aguja de la turbina, que es monitoreada por el controlador de velocidad, decide si cerrar más o menos el orificio de la tobera, lo que provoca, el cambio en caudal del agua. Ciertamente, esta parte es muy importante, ya que, mantiene una velocidad constante en el rodete, disminuyendo los riegos de embalamiento y bajada de revoluciones.

Así funcionan la mayoría de turbinas Pelton, decimos la mayoría, ya que, cada modelo, puede presentar algunas variaciones en su funcionamiento, sin embargo, se mantiene el proceso general antes mencionado. Además, puede variar según el número de inyectores que posea la turbina Pelton.

Partes de una turbina Pelton

Para conocer de primera mano a una turbina hidráulica Pelton, debemos aprender cuales son las partes que la componen, por lo tanto, vamos a repasar detalladamente cada una ellas.

Vamos primero a mencionarte los elementos que componen a una turbina Pelton, que son los siguientes:

  1. Distribuidor
  2. Rotor
  3. Carcasa
  4. Cámara de Descarga
  5. Sistema de Frenado
  6. Eje de la Turbina

 Distribuidor de una Turbina Pelton

El distribuidor es el corazón de una turbina Pelton, y el mismo se conforma de uno o diferentes equipos que suministran el agua a la turbina. Estos mismos equipos tienen la importante misión de conducir los chorros de agua de manera uniforme hacia el rotor.

También, dentro del distribuidor, se regula el caudal exacto, que debe viajar hacia el rotor. Separando e incluso cortando todo caudal, que pueda provocar un gran daño a toda la turbina Pelton.

¿Y porque vemos que hay turbinas con más inyectores? el número de inyectores de una turbina Pelton, dependerá de la potencia y el funcionamiento del generador. Siempre, tomando en cuenta, las características del salto de agua. Por eso, nos podemos encontrar con:

  • Turbinas Pelton de 2 Inyectores
  • Turbinas Pelton de 8 Inyectores

 Rotor o Rodete de una Turbina Pelton

Vamos ahora con el componente angular de la turbina Pelton. El rotor o rodete. Esta es la pieza encargada de transformar toda la energía hidráulica resultante del agua en energía mecánica. En términos sencillos, utiliza la corriente del agua, para hacer funcionar las partes mecánicas de la turbina.

Dentro del rotor, tenemos dos elementos indispensables, que son los siguientes:

  • Rueda Motriz: Esta adherida al eje central de la turbina, y es la encargada de soportar todos los álabes del rotor.
  • Álabes: Son una especie de cucharas o palas, y su función principal es la de empujar el chorro de agua que viene de la cámara de distribución.

Hoy en día, tanto la rueda motriz como los Álabes, vienen unidos a una misma pieza, sobre todo, para economizar los gastos de construcción, para un mejor funcionamiento y para que puedan soportar los impactos de los fuertes chorros de agua.

 La Carcasa de la Turbina Pelton

La carcasa, lo podemos definir como el manto protector que cuida a los inyectores, el rotor, y otros elementos mecánicos dentro de una turbina Pelton. Además de evitar que toda el agua que pasa por álabes salpique hacia fuera. Normalmente está hecha de un material metálico.

 Cámara de Descarga

Una vez, que toda el agua, haya servido para mover el rotor o rodete, el agua residual necesita salir de la turbina, por lo tanto, esta lo hará mediante la cámara de descarga, que no es más, que una tunería que conduce el agua hasta el desagüe.

 Sistema de Frenado

Cada turbina Pelton necesita de un circuito de agua que se origina de la cámara de distribución. Por lo tanto, si el agua que pasa a los álabes aumenta su velocidad al punto que puede perjudicar a la turbina, el sistema de frenado, actúa eficazmente en el rotor, ante todo, para su detención inmediata.

 Eje de la Turbina Pelton

El eje, es una pieza, que va unida al rotor de la turbina, lo que transmite el movimiento cinético del rodete al generador. Este puede estar colocado de forma vertical u horizontal, según donde se trabaje.

Ventajas de desventajas de la turbina pelton

¿Cómo es el Rendimiento de una Turbina Pelton?

Sin duda alguna, las turbinas Pelton, son las preferidas por las centrales hidráulicas en caídas de agua de gran altura, ya que, por otro lado, posee mínimas cantidades de agua. Normalmente, su mejor rendimiento trabaja en un amplio margen de variaciones del caudal, más o menos a 30% a 100% del máximo caudal.

Aquí es donde podemos ver el máximo rendimiento de una turbina Pelton, por lo que suele utilizarse en pequeñas centrales eléctricas. Sabiendo esto, podemos establecer algunas ventajas y desventajas en el rendimiento de una turbina Pelton, veamos cuales son:

Ventajas de una Turbina Pelton:

  • Son bastante robustas y resistentes.
  • Disminuye la problemática de la erosión en los álabes de la turbina.
  • Ciertamente, el mantenimiento y reparaciones son relativamente sencillas.
  • El control de la presión, y la velocidad es más cómoda de realizar.
  • Presenta un excelente rendimiento en cargas parciales.
  • Su estructura es más fácil y económica, respecto a otras turbinas hidráulicas.
  • Ya que, gira a una importante velocidad, se puede unir directamente con el generador, lo que evita, las perdidas en la trasformación de energía mecánica.

Desventajas de una Turbina Pelton:

  • Solo funciona en alturas pequeñas.
  • Puede requerir varios inyectores para grandes caudales.