Com sabem, per generar energia hidràulica hem de abocar gran quantitat d'aigua a través d'un salt d'aigua per poder moure una turbina. Una de les turbines més emprades en l'energia hidràulica és la turbina Kaplan. Es tracta d'una turbina de raig hidràulic que s'empra amb gradients petits fins a unes desenes de metres. Sempre calen cabal és gran és perquè es pugui generar gran quantitat energia.
En aquest article anem a explicar en què consisteix la turbina Kaplan, quines són les seves característiques i com es fa s'empra per a la generació d'energia hidràulica.
Què és la turbina Kaplan
Es tracta d'una turbina de raig hidràulic que utilitza gradients petit d'alçada entre uns quants metres fins a unes poques desenes. Una de les característiques principals és que sempre funciona amb grans cabals. Cabals que van des dels 200 a 300 metres cúbics per segon. És molt utilitzada per a la generació d'energia hidràulica, sent aquesta un tipus d'energia renovable.
La turbina Kaplan va ser inventada l'any 1913 pel Professor austríac Víktor Kaplan. Es tracta d'un tipus de turbina hidràulica amb forma d'hèlix on tenen pales que es poden orientar el diferent flux d'aigua. Sabem que el flux d'aigua va variant depenent de la intensitat de l'volum. A el poder tenir pales que s'orienten a el flux de l'aigua podem augmentar el rendiment fent que es mantingui alt fins cabals d'un 20-30% de l'flux nominal.
El més normal és que aquesta turbina vingui equipada amb deflectors d'estator fixos que ajuden a orientar el flux de l'aigua. D'aquesta manera s'optimitza la generació d'energia elèctrica. L'eficiència de la turbina Kaplan es pot utilitzar per a un rang més ampli de cabal depenent de les necessitats. L'ideal és que es prepari la turbina mitjançant un sistema d'orientació en què col·loquem els deflectors de l'estator quan el cabal vagi variant. No sempre tenim el mateix cabal d'aigua ja que depenem de les precipitacions i dels nivells dels embassaments.
Quan el fluid arriba la turbina Kaplan gràcies a un conducte en forma d'espiral serveix per alimentar tota la circumferència del tot. Un cop el fluid ha arribat a la turbina passa a través d'un distribuïdor que li dóna a el fluid la rotació giratòria. És aquí on l'impulsor s'encarrega de desviar el flux a 90 graus per invertir-axialment.
característiques principals
Quan tenim una turbina d'hèlix sabem que la regulació és pràcticament nul·la. Això fa que la turbina només pugui treballar en un determinat rang de manera que el distribuïdor ni tan sols és ajustable. Amb la turbina Kaplan vam aconseguir que l'orientació de les pales de l'impulsor s'ajusti a el flux d'aigua. A més, el moviment es va adaptant a a el cabal que existeix actualment. Això és degut al fet que cada ajust de el distribuïdor es correspon a un orientació de les fulles diferent. Gràcies a això, es permet treballar amb majors rendiments de fins al 90% en un ampli rang de cabals.
El camp d'utilització d'aquestes turbines arriba assolir caigudes màximes de l'entorn de altures de 80 metres i flueix fins a un cabal de 50 metres cúbics per segon. Això fa que es superposa a de forma parcial a el camp de l'ús de les turbina Francis. aquesta turbines només aconseguien unes caigudes de 10 metres i superaven els 300 metres cúbics per segon de cabal.
Per optimitzar la generació d'energia hidràulica és molt habitual veure les turbines Kaplan. Són turbines de l'hèlix que funcionen amb plena capacitat i responen bé davant de qualsevol excés el fluid. Gràcies a aquestes turbines eliminen gran quantitat dels costos d'instal·lació ja que aquesta turbina és més cara que una turbina d'hèlix però la instal·lació es fa molt més eficient a llarg termini.
Com funcionen les turbines en energia hidràulica
Si volem mantenir constant una sortida de voltatge en una instal·lació hidroelèctrica la velocitat de la turbina sempre s'ha de mantenir constant. Sabem que la pressió de l'aigua té variacions depenent de l'cabal i de la intensitat a la que cau. No obstant això, la velocitat de la turbina s'ha de mantenir constant independentment d'aquestes variacions depressió. Perquè es mantingui estable es requereixen gran nombre de controls tant a la turbina Francis, i la turbina Kaplan.
Se solen realitzar instal·lacions de rodes Pelton en què el flux de l'aigua es ajuda a controlar obrint i tancant els filtres ejectores. Quan hi ha una turbina Kaplan en la instal·lació s'utilitza un filtre de derivació de descàrrega que ajuda a desviar els canvis ràpids de corrent en els canals de caiguda que pot augmentar sobtadament la pressió de l'aigua. D'aquesta manera aconseguim que les hèlixs es guarden sempre d'una forma constant i no es vegi afectada pels canvis en la pressió de l'aigua. A aquests augments de pressió de l'aigua se li coneixen com martells d'aigua. Poden ser molt perjudicials per a les instal·lacions.
No obstant això, amb tots aquests ajustos es manté constant flux d'aigua a través dels filtres perquè es mantingui estable el moviment de les hèlixs de la turbina. Per evitar els martells d'aigua es tanca els filtres de descàrrega de forma lenta. Les turbines que s'empren per a la generació d'energia hidràulica varien segons alguns tipus:
- Per als salts grans i amb cabals petits s'empren les turbines Pelton.
- per a aquells salts més reduïts però amb un major cabal s'empren les turbines Francis.
- En salts d'aigua molt petits però amb un cabal molt gran s'empren les turbines Kaplan i les d'hèlix.
Les centrals hidroelèctriques depenen d'una gran quantitat d'aigua que està continguda en els embassaments. Aquest cabal s'ha de controlar i es pot mantenir gairebé constant perquè l'aigua es pugui transportar pels conductes o canonades forçades. El cabal es va controlant a través de vàlvules per adequar el flux d'aigua que passi per la turbina. La quantitat d'aigua que es deixa passar per la turbina depèn de la demanda d'electricitat a cada moment. La resta de l'aigua surt pels canals de descàrrega.
Espero que amb aquesta informació puguin conèixer més sobre la turbina Kaplan i la generació d'energia hidràulica.