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INTRODUCCIÓN

En la actualidad es imposible imaginar la vida sin energía eléctrica, estamos tan acostumbrados a encender y apagar el interruptor de la luz y otros aparatos que muy rara vez nos ponemos a pensar de donde viene esta electricidad; pues bien, un tipo de centrales generadoras son las HIDROELÉCTRICAS, éstas son plantas encargadas de convertir la energía del agua en energía eléctrica, pero mas específicamente, la TURBINA es la encargada de transformar esa energía hidráulica en energía mecánica, para posteriormente convertirla en energía eléctrica con un generador. Como decía La turbina es el alma de una central hidroeléctrica y dependiendo de la turbina que se use es la cantidad de electricidad que se produzca. En este capítulo hablaremos de las turbinas de impulso, y específicamente de la turbina PELTON.

GENERALIDADES DE LA TURBINA PELTON

La turbina PELTON debe su nombre al ingeniero norteamericano Lester Allen Pelton (1829-1908), quien en busca de oro en California concibió la idea de una rueda con cucharas periféricas que aprovecharan la energía cinética del agua que venía de una tubería y actuaba tangencialmente sobre la rueda. Por fin en 1880 patentó una turbina con palas periféricas de muy particular diseño, de tal manera que el chorro proveniente de la tubería golpea el centro de cada pala o cuchara con el fin de aprovechar al máximo el empuje del agua.

Fig. 1 muestra el esquema básico de una turbina PELTON (cortesia de Microsoft Encarta 2003).

A las cucharas y palas que mencionamos anteriormente se les nombran ÁLABES. El álabe tiene la forma de doble cuchara, con una arista diametral sobre la que incide el agua produciéndose una desviación simétrica en dirección axial, buscando un equilibrio dinámico de la máquina en esa dirección. En las siguientes imágenes veremos y analizaremos la forma del álabe.

fig. 2 En esta foto se puede mostrar a detalle la forma de la pala y la forma en la que incide el chorro en ella. (cortesía de WKV Inc.).

Las dimensiones del álabe son proporcionales al diámetros del chorro que impacta sobre él; el chorro a su vez está en función del diámetro de la rueda y de la velocidad específica. El diámetro de chorro (do) está entre el 5% y el 12% del diámetro de la rueda (Dp). En la siguiente figura se muestra a detalle la forma del álabe y sus variables correspondientes

fig. 3 figura que muestra a detalle las partes de un álabe PELTON

El angulo a, ubicado entre las dos caras interiores del álabe es del orden de los 20°, lo ideal seria que fuera igal a 0°, pero, de ser asi, debilitaría la arista media donde pega el chorro y transmite la energía.

El angulo b, ubicado en la salida del álabe esta entre los 8° y los 12°. Se debe de dar salida al agua con la propia forma de del borde de fuga, a la cual ayudan las líneas de "thalweg" .

Los álabes deben estar colocados lo mas cerca posible a los inyectores, debido a que la distancia hace decrecer la energía cinética del agua.

CLASIFICACIÓN DE LAS TURBINAS PELTON

   Las turbinas PELTON se clasifican generalmente por la posición del eje que mueven, por lo tanto existen dos clasificaciones: EJE HORIZONTAL Y EJE VERTICAL.

DISPOSICIÓN VERTICAL

En esta disposición solo se pueden instalar turbinas de uno o dos chorros como máxmo, debido a la complicada instalación y mantenimiento de los inyectores. Sin embargo, en esta posición, la inspección de la rueda en general es mas sencilla, por lo que las reparaciones o desgastes se pueden solucionar sin necesidad de desmontar la turbina.

   

fig.4 PELTON de 1 chorro eje horizontal.                             fig. 5 PELTON de 2 chorros eje horizontal.

DISPOSICIÓN VERTICAL

En esta posición se facilita la colocación de alimentación en un plano horizontal y con esto es posible aumentar el número de chorros sin aumentar el caudal y tener mayor potencia por unidad. Se acorta la longitud entre la turbina y el generador, disminuyen las escavaciones y hasta disminuir al diámetro de la rueda y aumentar la velocidad de giro. Se debe hacer referencia que en la disposición vertical, se hace mas dificil y, por ende, mas caro su mantenimiento, lo cuál nos lleva a que esta posición es más conveniente para aquellos lugares en donde se tengan  aguas limpias y que no produzcan gran efecto abrasivo sobre los álabes.

fig. 6 Detalle de una turbina PELTON de eje vertical.

fig. 7 En esta fotografía se muestra la ventaja de tener la posición de eje en vertical.

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA RUEDA PELTON

El rodeteo rueda PELTON esta constituido por un disco de acero con álabes, como ya se ha dicho, de doble cuchara ubicados en la periferia de la rueda. Estos álabes puedes estar fundidos con la misma rueda o unidos individualmente por medio de bulones o pernos.

La forma de fabricación mas común es por separado álabes y rueda ya que facilita su construcción y mantenimiento. Se funden en una sola pieza rueda y álabes cuando la rueda tiene un gran velocidad específica, con este proceso de fabricación se logra mayor rigidez, solidez uniformidad y montaje rápido.

fig. 8 Esta imagen muestra una PELTON donde los álbes y la rueda estanfundidos en una sola pieza.

fig 9 Aqui se muestra una turbina PELTON donde los álabes están unidos al rodete por medio de pernos.

 Se debe tener especial cuidado al escoger el material de fabricación adecuado en una turbina pelton; este material debe resistir la fatiga, la corrosión y la erosión; la fundición de grafito laminar y acero, resisten perfectamente estas condiciones cuando son moderadas. Cuando las condiciones trabajo son mas drasticas se recurre al acero cliado con níquel, en el orden de 0.7 a 1%, y con un 0.3% de molibdeno. Los aceros con 13% de cromo y los aceros austenoferríticos (Cr 20, Ni 8, Mo3) presentan una resistencia extraordinaria a la cavitación y abrasión.

El Número de álabes suele ser de 17 a 26 por rueda, todo esto dependiendo de la velocidad específica; Cuando se necesita una velocidad alta el número de álabes es pequeño debido a que a mayor velocidad específica, mayor caudal lo que exige álabes mas grandes y con esto caben menos en cada rueda.

SIMBOLOGÍA DE CLASIFICACIÓN DE TURBINAS PELTON

Existe un formato para  clasificar las turbinas PELTON:

P = # de ruedas

N = # de chorros

H = eje horizontal

V = eje vertical

EJEMPLOS

P1 N1 - H ==== Eje horizontal, una turbina y un chorro

P1 N2 - H ==== Eje horizontal, una turbina dos chorros

P2 N2 - H ==== Eje horizontal, dos turbina y dos chorros

P1 N4 - V ==== Eje vertical, una turbina 4 chorros

P1 N6 - V ==== Eje vertical, una turbina y 6 chorros

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