Como sabemos, para generar energía hidráulica, tenemos que verter una gran cantidad de agua a través de una cascada para mover una turbina. Una de las turbinas más utilizadas en energía hidroeléctrica es la Turbina Kaplan. Es una turbina de chorro hidráulico que se utiliza con pequeñas pendientes de hasta unas pocas decenas de metros. El caudal que siempre se requiere es grande para que se pueda generar una gran cantidad de energía.
En este artículo te explicaremos de qué está hecha la turbina Kaplan, qué propiedades tiene y cómo se utiliza para generar energía hidráulica.
¿Qué es la turbina Kaplan?
Es una turbina de chorro hidráulico que utiliza pequeños gradientes de altura desde unos pocos metros hasta unas pocas decenas. Una de las principales características es que siempre funciona con caudales elevados. Ríos de 200 a 300 metros cúbicos por segundo. Se utiliza mucho para generar energía hidráulica, que es un tipo de energía renovable.
La turbina Kaplan fue inventada en 1913 por el profesor austriaco Víktor Kaplan. Es una especie de turbina hidráulica en forma de hélice con palas que se pueden ajustar a los diferentes caudales de agua. Sabemos que el caudal de agua varía en función de la intensidad del volumen. La capacidad de tener las paletas alineadas con el flujo de agua nos permite aumentar el rendimiento manteniéndolas altas hasta tasas de flujo del 20 al 30% del flujo nominal.
Lo más normal es que esta turbina esté equipada con deflectores de estator fijos que dirigen el flujo de agua. De esta forma se optimiza la generación de energía eléctrica. La eficiencia de la turbina Kaplan se puede utilizar para un rango de flujo mayor según sea necesario. Lo ideal es preparar la turbina con un sistema de orientación en el que insertemos los deflectores del estator cuando cambia el caudal. No siempre tenemos el mismo caudal de agua ya que dependemos de la lluvia y los niveles de llenado de los embalses.
Cuando el fluido llega a la turbina Kaplan gracias a un conducto en espiral, sirve para abastecer completamente toda la circunferencia. Una vez que el fluido llega a la turbina, pasa a través de un colector que le da al fluido su rotación rotacional. Aquí el impulsor se encarga de redirigir el flujo 90 grados para invertirlo axialmente.
Principales características
Cuando tenemos una turbina de hélice, sabemos que la regulación es prácticamente nula. Esto significa que la turbina solo puede funcionar en un área determinada, por lo que el distribuidor ni siquiera es ajustable. Con la turbina Kaplan, obtenemos la orientación de las palas del impulsor para que coincida con el flujo de agua. Además, el movimiento se adapta al flujo de corriente. Esto se debe a que cada ajuste del colector corresponde a una orientación diferente de las palas. Gracias a esto, es posible trabajar con mayores rendimientos de hasta el 90% en una amplia gama de caudales.
El área de aplicación de estas turbinas alcanza caídas máximas de alrededor de 80 metros de altura y fluye hasta un caudal de 50 metros cúbicos por segundo. Esto se superpone parcialmente al área de aplicación del Turbina Francis. Estas turbinas Solo alcanzaron una caída de 10 metros y superaron el caudal de 300 metros cúbicos por segundo.
Las turbinas Kaplan se utilizan a menudo para optimizar la generación de energía hidráulica. Son turbinas de hélice que funcionan a plena potencia y responden bien al exceso de líquido. Gracias a estas turbinas, no hay mayores costes de instalación, ya que esta turbina es más cara que una turbina de hélice, pero la instalación se vuelve mucho más eficiente a largo plazo.
Cómo funcionan las turbinas en la energía hidroeléctrica
Si queremos mantener una salida de voltaje constante en una central hidroeléctrica, la velocidad de la turbina siempre debe mantenerse constante. Sabemos que la presión del agua fluctúa según el caudal y la intensidad con la que cae. Sin embargo, la velocidad de la turbina debe mantenerse constante independientemente de estas fluctuaciones de presión. Para que se mantenga estable, se requieren una gran cantidad de controles tanto en la turbina Francis como en la turbina Kaplan.
Las instalaciones de ruedas Pelton se realizan a menudo donde el flujo de agua se controla abriendo y cerrando las boquillas eyectoras. Cuando hay una turbina Kaplan en su lugar, se usa una boquilla de derivación de salida para desviar los cambios rápidos en el flujo en los canales de la gota que pueden aumentar repentinamente la presión del agua. De esta forma nos aseguramos de que las hélices se mantengan siempre constantes y no se vean influenciadas por cambios en la presión del agua. Estos aumentos en la presión del agua se conocen como golpes de ariete. Pueden ser muy perjudiciales para las instalaciones.
Sin embargo, con todos estos ajustes, se mantiene un flujo constante de agua a través de las boquillas para que el movimiento de las palas de la turbina permanezca estable. Para evitar golpes de ariete, las boquillas de salida se cierran lentamente. Las turbinas utilizadas para generar energía hidráulica varían según el tipo:
- Para el grandes saltos y pequeños caudales Se utilizan turbinas Pelton.
- Para esos saltos más pequeños, pero con mayor caudal Se utilizan turbinas Francis.
- En cascadas muy pequeñas pero con un río muy grande Se utilizan turbinas Kaplan y de hélice.
Las centrales hidroeléctricas dependen de una gran cantidad de agua contenida en depósitos. Este flujo debe controlarse y mantenerse casi constante para que el agua pueda ser transportada a través de los canales o recipientes a presión. El flujo está controlado por válvulas para ajustar el flujo de agua que fluye a través de la turbina. La cantidad de agua que se deja fluir a través de la turbina depende de la demanda de electricidad en todo momento. El resto del agua sale por los canales de drenaje.
Espero que con esta información pueda aprender más sobre la generación de energía hidroeléctrica y turbinas Kaplan.
