Como sabemos, para generar energía hidráulica tenemos que verter gran cantidad de agua a través de un salto de agua para poder mover una turbina. Una de las turbinas más empleadas en la energía hidráulica es la turbina Kaplan. Se trata de una turbina de chorro hidráulico que se emplea con gradientes pequeños hasta unas decenas de metros. Siempre se necesitan caudal es grande es para que se pueda generar gran cantidad energía.
En este artículo vamos a contarte en qué consiste la turbina Kaplan, cuáles son sus características y cómos se emplea para la generación de energía hidráulica.
Qué es la turbina Kaplan
Se trata de una turbina de chorro hidráulico que utiliza gradientes pequeño de altura entre unos cuantos metros hasta unas pocas decenas. Una de las características principales es que siempre funciona con grandes caudales. Caudales que van desde los 200 a 300 metros cúbicos por segundo. Es muy utilizada para la generación de energía hidráulica, siendo ésta un tipo de energía renovable.
La turbina Kaplan fue inventada en el año 1913 por el Profesor austriaco Víktor Kaplan. Se trata de un tipo de turbina hidráulica con forma de hélice donde tienen palas que se pueden orientar al diferente flujo de agua. Sabemos que el flujo de agua va variando dependiendo de la intensidad del volumen. Al poder tener palas que se orientan al flujo del agua podemos aumentar el rendimiento haciendo que se mantenga alto hasta caudales de un 20-30% del flujo nominal.
Lo más normal es que esta turbina venga equipada con deflectores de estator fijos que ayudan a orientar el flujo del agua. De esta forma se optimiza la generación de energía eléctrica. La eficiencia de la turbina Kaplan se puede utilizar para un rango más amplio de caudal dependiendo de las necesidades. Lo ideal es que se prepare la turbina mediante un sistema de orientación en el que colocamos los deflectores del estator cuando el caudal vaya variando. No siempre tenemos el mismo caudal de agua ya que dependemos de las precipitaciones y de los niveles de los embalses.
Cuando el fluido llega la turbina Kaplan gracias a un conducto en forma de espiral sirve para alimentar toda la circunferencia por completo. Una vez el fluido ha llegado a la turbina pasa a través de un distribuidor que le da al fluido la rotación giratoria. Es aquí donde el impulsor se encarga de desviar el flujo a 90 grados para invertirlo axialmente.
Características principales
Cuando tenemos una turbina de hélice sabemos que la regulación es prácticamente nula. Esto hace que la turbina sólo pueda trabajar en un determinado rango por lo que el distribuidor ni siquiera es ajustable. Con la turbina Kaplan conseguimos que la orientación de las palas del impulsor se ajuste al flujo de agua. Además, el movimiento se va adaptando a al caudal que existe actualmente. Esto es debido a que cada ajuste del distribuidor se corresponde a un orientación de las cuchillas diferente. Gracias a ello, se permite trabajar con mayores rendimientos de hasta el 90% en un amplio rango de caudales.
El campo de utilización de estas turbinas llega alcanzar caídas máximas de alrededor de alturas de 80 metros y fluye hasta un caudal de 50 metros cúbicos por segundo. Esto hace que se superpone a de forma parcial al campo del uso de las turbina Francis. Esta turbinas sólo alcanzaban unas caídas de 10 metros y superaban los 300 metros cúbicos por segundo de caudal.
Para optimizar la generación de energía hidráulica es muy habitual ver las turbinas Kaplan. Son turbinas del hélice que funcionan con plena capacidad y responden bien ante cualquier exceso el fluido. Gracias a estas turbinas eliminan gran cantidad de los costos de instalación ya que esta turbina es más cara que una turbina de hélice pero la instalación se hace mucho más eficiente a largo plazo.
Cómo funcionan las turbinas en energía hidráulica
Si queremos mantener constante una salida de voltaje en una instalación hidroeléctrica la velocidad de la turbina siempre debe mantenerse constante. Sabemos que la presión del agua tiene variaciones dependiendo del caudal y de la intensidad a la que cae. Sin embargo, la velocidad de la turbina debe mantenerse constante independientemente de estas variaciones depresión. Para que se mantenga estable se requieren gran número de controles tanto en la turbina Francis, y la turbina Kaplan.
Se suelen realizar instalaciones de ruedas Pelton en el que el flujo del agua se ayuda a controlar abriendo y cerrando las boquillas eyectoras. Cuando existe una turbina Kaplan en la instalación se utiliza una boquilla de derivación de descarga que ayuda a desviar los cambios rápidos de corriente en los canales de caída que puede aumentar repentinamente la presión del agua. De esta forma conseguimos que las hélices se guardan siempre de una forma constante y no se vea afectada por los cambios en la presión del agua. A estos aumentos de presión del agua se le conocen como martillos de agua. Pueden ser muy dañinos para las instalaciones.
Sin embargo, con todos estos ajustes se mantiene constante flujo de agua a través de las boquillas para que se mantenga estable el movimiento de las hélices de la turbina. Para evitar los martillos de agua se cierra las boquillas de descarga de forma lenta. Las turbinas que se emplean para la generación de energía hidráulica varían según algunos tipos:
- Para los saltos grandes y con caudales pequeños se emplean las turbinas Pélton.
- Para aquellos saltos más reducidos pero con un mayor caudal se emplean las turbinas Francis.
- En saltos de agua muy pequeños pero con un caudal muy grande se emplean las turbinas Kaplan y las de hélice.
Las centrales hidroeléctricas dependen de una gran cantidad de agua que está contenida en los embalses. Este caudal se debe controlar y se puede mantener casi constante para que el agua se pueda transportar por los conductos o tuberías forzadas. El caudal se va controlando a través de válvulas para adecuar el flujo de agua que pase por la turbina. La cantidad de agua que se deja pasar por la turbina depende de la demanda de electricidad en cada momento. El resto del agua sale por los canales de descarga.
Espero que con esta información puedan conocer más sobre la turbina Kaplan y la generación de energía hidráulica.