Explorando la variedad de turbinas: tipos, usos y aplicaciones

Con la gran mayoría de la generación de energía y suministro de fluidos, la turbina tiene distintos tipos que sirven al mismo propósito en diversas aplicaciones. Es un dispositivo que aprovecha la energía cinética de algún fluido como agua, vapor, aire o gases de combustión y la convierte en movimiento rotacional del propio dispositivo. El dispositivo se conecta luego a un generador que produce energía eléctrica, o puede usarse para trabajo mecánico.

Hoy conocerás los diferentes tipos de turbinas, sus diagramas y principios de funcionamiento.

Tipos de turbinas

A continuación los diversos tipos de turbinas:

Turbinas de impulso y reacción

Son turbinas usadas en centrales hidroeléctricas. Son turbinas hidráulicas que tienen el agua como fluido de trabajo. En su funcionamiento, millones de litros de agua se recogen de una presa, cuya altura determina la presión a la que fluye el agua. El agua altamente presurizada fluye a través de una tubería grande llamada tubería de carga (penstock).

La turbina está al final de la tubería de carga, dando al agua presurizada fácil acceso para golpear los álabes de la turbina a alta velocidad, haciéndola girar. La electricidad se genera cuando la turbina se conecta a un generador. Una de las diferencias básicas entre turbina de impulso y de reacción es la forma de los álabes.

Una turbina de impulso funciona básicamente bajo el principio de la 2ª ley de Newton. En lugar de álabes en el buje del rotor, se montan varios cubos elípticos de medio tamaño. Así, cuando el agua golpea los cubos a alta velocidad, el rotor empieza a girar, convirtiendo la energía cinética del agua en energía mecánica rotacional. Por tanto, la electricidad se genera cuando un extremo del eje de la turbina se conecta al generador. Ejemplos de turbina de impulso: Pelton, Turgo y Cross-flow.

En una turbina de reacción, la suma de energía potencial y cinética del agua debida a la presión y velocidad, respectivamente, hace girar los álabes de la turbina. Todo el cuerpo de esta turbina está sumergido en agua y los cambios en la presión del agua junto con la energía cinética del agua causan intercambio de potencia. Las aplicaciones de esta turbina suelen ser a cargas menores y caudales mayores que el tipo de impulso.

Turbina de vapor (steam turbine)

Las turbinas de vapor se usan a menudo en centrales nucleares y térmicas. El agua se calienta para producir vapor que fluye a través de una turbina para producir electricidad. Una turbina de vapor también puede clasificarse en tipos de impulso y reacción, especialmente las modernas. La diferencia es que el arreglo y diseño son distintos.

Las turbinas de vapor constan de álabes rotativos llamados rotores y álabes estáticos llamados estatores. Estos dos componentes se colocan alternadamente para extraer la mayor energía posible. Este proceso se conoce como compounding (etapado). En una turbina de impulso, sus cubos móviles están diseñados para ser empujados por el vapor. Mientras que los álabes del rotor en turbinas de reacción tienen forma de aerofolio, lo que les permite generar reacción y mantener la velocidad del vapor.

En la mayoría de turbinas de vapor, el vapor fluye primero por turbina de alta presión (HP), seguida de turbina de presión intermedia (IP). Tras recalentar el vapor, este fluye por turbina de baja presión (LP) (gran conjunto de álabes). El propósito del aumento en el tamaño de los álabes del lado interior al exterior es porque el vapor se expande perdiendo presión y energía cinética.

Turbina de gas (gas turbine)

Las turbinas de gas se usan a menudo en motores térmicos, por lo que también se llaman motores de combustión interna. Son uno de los tipos de turbinas más flexibles, lo que hace su aplicación amplia. Se usan en centrales para generar electricidad y también para propulsar aviones y helicópteros. El sistema tiene un compresor axial en la entrada, que son conjuntos de álabes rotativos. Estos álabes aspiran gran cantidad de aire y lo comprimen para aumentar la temperatura del aire. El aire se suministra luego a la cámara de combustión. En el funcionamiento de estos tipos de turbinas, se añade combustible en la cámara de combustión y un encendedor enciende el combustible. Por tanto, se produce gran cantidad de gases de escape que se hacen fluir a través de las turbinas.

Los diferentes tipos de turbinas de gas / motores a reacción son:

1. Turborreactor (Turbojet)
2. Turbofan
3. Turborreactor (Turbojet) — *nota: duplicado en original*
4. Turboeje (Turboshaft)
5. Estatorreactor (Ramjet)

Turbina eólica (wind turbine)

La invención de la turbina eólica ha beneficiado a la humanidad como método limpio de generar electricidad. Al igual que otros tipos de turbinas, una turbina eólica tiene tres álabes diseñados para girar cuando el viento fluye recto a través de ellos. Las turbinas eólicas giran a RPM muy bajo, que no puede producir electricidad de la frecuencia requerida. Por eso se requiere una caja de engranajes (gearbox) en el sistema para aumentar la velocidad del eje. La salida es lo que se conecta al generador que produce electricidad.

En otras palabras, las turbinas eólicas operan transformando la energía cinética del viento en potencia mecánica. Esta potencia se usa luego para generar electricidad haciendo girar un generador. La turbina puede ser terrestre (onshore) o marina (offshore).

Los 3 tipos principales de turbinas eólicas son:

1. Turbinas eólicas de eje horizontal (HAWT)
2. Turbina eólica de eje vertical Savonius (Savonius VAWT)
3. Turbina eólica de eje vertical Darrieus (Darrieus VAWT)

Conclusión

En este artículo se trataron los diferentes tipos de turbinas: turbinas de impulso y reacción, turbina de vapor, turbina de gas y turbina eólica.

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