Funcionament d’una minicentral hidràulica

Turbines hidràuliques
Turbina Francis
Turbina Kaplan
Turbina Pelton

L’aigua flueix pel riu i es conduïda mitjançant un canal cap a la cambra de càrrega, on és emmagatzemada. Aquí es provoca un augment del nivell de l’aigua per obtenir més energia potencial. Sota la cambra hi ha situada la sala de màquines amb els grups turboalternadors. L’aigua arriba a les turbines mitjançant una canonada forçada alimentada des de la cambra de càrrega equipada amb comportes i reixats.

Les turbines poden ser: Pelton (en salts de gran altura i cabal regular), Francis (en salts intermedis i cabal variable) i Kaplan, (en salts de poca altura i cabal molt variable). L’energia potencial de l’aigua embassada es converteix en energia cinètica en obrir les comportes de la canonada i es comunica a l’eix de la turbina, que es posa a girar, i l’aigua surt de nou al riu pels canals de desguàs.

El disseny del conjunt format per la canonada, la turbina i els desguassos està estudiat perquè l’aigua comuniqui la màxima energia a l’eix de la turbina. Solidari a l’eix de la turbina hi ha el rotor de l’alternador i un generador de corrent continu que genera un camp magnètic en les bobines del rotor, amb la qual cosa produeix en el bobinatge de l’estator un corrent altern de tensió mitjana i elevada intensitat.Amb els transformadors s’eleva la tensió i a través del parc de distribució o directament s’alimenten les línies de la xarxa de transport.

Font imatge: ICAEN (Institut Català d’Energia)

 

Turbines hidràuliques

Les turbines hidràuliques es divideixen d’acord amb la manera com actua l’aigua, en turbines d’acció i de reacció. Poden ser de d’eix vertical o d’eix horitzontal, de pales radials o axials. De la combinació de tots aquests punts donats anteriorment, en surten els tipus de turbines hidràuliques, els noms de les quals ve donat pel seu creador: Francis, Kaplan i Pelton, que són les més importants i les més conegudes.

 

Turbina Francis

La turbina Francis s’utilitza per a salts mitjans (de 5 a 100 m) i cabals variables i el seu rendiment és aproximadament el 90% en condicions òptimes de funcionament. Aquesta turbina treballa amb el principi de reacció, és a dir, l’aigua actua sobre el rodet horitzontal o vertical i al travessar, es desvia amb un angle recte, perquè l’aigua vagi en sentit paral·lel a l’eix de rotació, per tal de tornar l’aigua al riu de la qual ha estat derivada.

Està formada principalment pels següents elements:

Distribuïdor: està format per una corona circular amb aletes mòbils per poder regular l’entrada de l’aigua, variant la seva inclinació mitjançant el regulador de velocitat. Aquest regulador de velocitat ajusta el cabal d’aigua per tal que la turbina sempre tingui les mateixes revolucions. Cal dir que actualment aquests reguladors són totalment automàtics.

Turbina Francis. Font: ICAEN

El rodet mòbil: És on té lloc la transferència d’energia de l’aigua a l’eix de la màquina. L’aigua entra perpendicularment a l’eix però en surt paral·lelament.

Difusor i descarregador:El difusor és la canonada que condiciona que la sortida de l’aigua a l’exterior sigui la correcta. El descarregador és una canonada auxiliar amb una vàlvula tancada (en paral·lel a la turbina) i que només s’acciona en cas de parada ràpida i que evacua l’aigua fins que el distribuïdor, que és més lent, tanca totalment el pas.

 

Turbina Kaplan

 
Turbina Kaplan. Font: ICAEN

La turbina Kaplan és apropiada per a salts petits (de 2 a 10 m) i grans cabals. És una turbina de reacció i de flux axial. La turbina consisteix bàsicament en una cambra d’entrada, un distribuïdor, un tub d’aspiració i un rodet (que funciona de manera semblant a l’hèlix d’un vaixell)constituït per una hèlix de pales de pas variable, és a dir, orientable. Per a la seva regulació, els àleps del rodet giren al voltant del seu eix, accionats per unes manetes, que són solidàries d’unes bieles articulades a una cruceta, que es desplaça cap a dalt o cap a baix per l’interior de l’eix buit de la turbina. Aquest desplaçamentes accionat per un servomotor hidràulic, amb la turbina en moviment. A les turbines més petites, les pales són fixes. Les turbines Kaplan poden ser d’eix horitzontal, vertical o inclinat.

 

Turbina Pelton

Turbina Pelton. Font: ICAEN

La turbina Pelton es troba dintre del grup de turbines d’acció, és a dir, l’aigua fa força sobre el rodet mitjançant els seus tubs o injectors que fan entrar l’aigua en direcció tangencial Generalment, aquestes turbines s’utilitzen en salts més elevats (de 50 a 400 m) i sobretot en cabals petits. Aquest tipus de turbina normalment proporciona un rendiment superior al 90%, gràcies a l’escàs fregament amb els àleps de la turbina i l’aigua, ja que aquests són de dimensions reduïdes. Aquest tipus de turbina es construeix normalment d’eix horitzontal i pot portar un o més injectors, tot sempre depenent del salt i del cabal d’aigua del qual es disposi.

Consta de les parts següents:

Injectors: Tenen la funció de subministrar l’aigua al rodet de la turbina. Com que la velocitat de sortida de l’aigua no és modificable, el control de la potència només es pot fer amb la regulació del cabal, la qual cosa es fa accionant la vàlvula d’agulla.

Deflectors: Desvien ràpidament la direcció dels dolls d’aigua quan, per detecció d’algun tipus d’anomalia, s’ha d’aturar ràpidament la turbina, ja que a través de l’injector la resposta és molt més lenta. També hi ha turbines que disposen d’un fre hidràulic, que és un altre injector que envia l’aigua en sentit contrari al gir de la turbina.

Rodet: És una roda que porta als extrems els àleps en forma de doble cullera simètrica.

La Pelton és una turbina que permet una àmplia variació de cabal en el seu funcionament, ja que normalment en els rius que baixa poca aigua, quan plou, el cabal del riu es multiplica, per això aquestes turbines han d’estar preparades per assumir aquesta quantitat d’aigua.

Tornar a dalt