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Turbina Francis espiral. Turbina Pelton.
Turbina Kaplan.
1. EL AGUA Y LA ENERGÍA
1.6 E L PASO A LA TURBINA
Durante los siglos XVI, XVII y XVIII se construyeron numerosas instalaciones,
como las indicadas, que utilizaban la energía del agua y fueron, hasta la aparición de
la máquina de vapor, las únicas industrias mecanizadas. Tenían que situarse a lo largo
de los ríos y su funcionamiento estaba condicionado a la disponibilidad de caudales.
La única mejora técnica fue el ya comentado molino de regolfo en el que, sobre la
rueda horizontal, actuaba una masa de agua que producía un efecto de presión que
aumentaba la energía transmitida.
El paso siguiente fue la invención de la turbina. El primer diseño fue realizado por
el francés Bénoit Fourneyron en 1832. Constaba de dos ruedas concéntricas de eje
vertical, una interior fija con alabes que dirigían el agua hacia las palas de otra exterior
móvil. El agua entraba a presión en la rueda central y transformaba la presión
en energía cinética en la rueda exterior, era lo que se llama una turbina centrífuga
de reacción.
En 1840 James B. Francis construyó la primera turbina “Francis” en la que el rodete
móvil está en el centro y el agua le llega, a presión, desde un anillo exterior, es pues una
turbina centrípeta. Con este sistema se consigue un régimen más estable y con mayor
facilidad para el giro del eje. El agua entra dirigida de modo radial y en el rodete cambia
de dirección saliendo con una dirección próxima a la del eje. Este tipo de turbina,
con las mejoras derivadas de su evolución, aún se sigue usando en la mayor parte de
las centrales hidroeléctricas siendo indicada para caudales y altura de funcionamiento
muy variables. Tiene un rendimiento del 90 %.
Las turbinas de acción, es decir, con el chorro de agua actuando directamente
sobre los álabes, de modo similar a las norias o a los rodeznos fue mejorado en
1870 por Lester A. Pelton que descubrió que la fuerza del chorro se aprovechaba
al máximo cuando el álabe invertía completamente la dirección del chorro. Diseñó
unas palas que consiguiesen este efecto haciéndolas de dos partes simétricas
que dividían el chorro y lo hacían salir en sentido contrario. Hoy día se siguen
usando este tipo de turbinas Pelton para grandes alturas y con un rendimiento
del 90 %.
El tercer tipo de turbina es debido al austriaco Víctor Kaplan que en 1912 diseñó una
turbina de eje vertical y rotor en forma de hélice con palas de inclinación variable
que resulta muy adecuada para saltos de baja altura y grandes caudales.
Con estos tres tipos de turbinas se han construido la mayor parte de las centrales
del mundo. Hay turbinas Francis de hasta 700 MW con rodetes (como en la presa
de las Tres Gargantas, ver fotos), muy similares a las de las pequeñas centrales de
comienzos del siglo XX.
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