Turbina de flujo cruzado
1 — válvula de ventilación
2 — distribuidor
3 — casquillo de turbina (todo gris grueso)
4 - Runner
5 - casquillo trasero extraíble
6 - Hojas
7 - flujo de agua
8 - eje
Una turbina de flujo cruzado, turbina Bánki-Michell, o turbina Ossberger es una turbina hidráulica desarrollada por el australiano Anthony Michell, el el húngaro Donát Bánki y el alemán Fritz Ossberger. Michell obtuvo patentes para el diseño de su turbina en 1903, y la empresa fabricante Weymouth la fabricó durante muchos años. La primera patente de Ossberger se concedió en 1933 ('Free Jet Turbine' 1922, Imperial Patent No. 361593 y 'Cross Flow Turbine' 1933, Imperial Patent No. 615445), y fabricó esta turbina como producto estándar. Hoy, la empresa fundada por Ossberger es líder en la fabricación de este tipo de turbinas.
A diferencia de la mayoría de las turbinas de agua, que tienen flujos axiales o radiales, en una turbina de flujo cruzado el agua pasa a través de la turbina transversalmente o a través de las palas de la turbina. Al igual que con una rueda hidráulica, el agua es admitida en el borde de la turbina. Después de pasar al interior del corredor, sale por el lado contrario, yendo hacia el exterior. Pasar dos veces por el corredor proporciona una eficiencia adicional. Cuando el agua sale del corredor, también ayuda a limpiarlo de pequeños desechos y contaminación. La turbina de flujo cruzado es una máquina de baja velocidad que es muy adecuada para ubicaciones con poca cabeza pero alto flujo.
Aunque la ilustración muestra una boquilla por simplicidad, la mayoría de las turbinas de flujo cruzado prácticas tienen dos, dispuestas de modo que los flujos de agua no interfieran.
Las turbinas de flujo cruzado a menudo se construyen como dos turbinas de diferente capacidad que comparten el mismo eje. Las ruedas de la turbina tienen el mismo diámetro, pero diferentes longitudes para manejar diferentes volúmenes a la misma presión. Las ruedas subdivididas suelen construirse con volúmenes en proporciones de 1:2. La unidad de regulación subdividida, el sistema de álabes guía en la sección aguas arriba de la turbina, proporciona un funcionamiento flexible, con una salida del 33, 66 o 100 %, según el caudal. Se obtienen bajos costos operativos con la construcción relativamente simple de la turbina.
Detalles de diseño
La turbina consiste en una rueda hidráulica cilíndrica o rodete de eje horizontal, compuesta por numerosos álabes (hasta 37), dispuestos radial y tangencialmente. Los bordes de la cuchilla están afilados para reducir la resistencia al flujo de agua. Una cuchilla se fabrica en una sección transversal parcialmente circular (corte de tubería en toda su longitud). Los extremos de las palas se sueldan a los discos para formar una jaula como la de un hámster y, a veces, se denominan "turbinas de jaula de ardilla"; en lugar de las barras, la turbina tiene las palas de acero en forma de canal.
El agua fluye primero desde el exterior de la turbina hacia el interior. La unidad de regulación, con forma de paleta o lengua, varía la sección transversal del flujo. El chorro de agua se dirige hacia el corredor cilíndrico por boquilla. El agua ingresa al corredor en un ángulo de aproximadamente 45/120 grados, transmitiendo parte de la energía cinética del agua a las palas cilíndricas activas.
El dispositivo de regulación controla el caudal en función de la potencia necesaria y del agua disponible. La relación es que (0-100 %) del agua se admite en 0-100 % × 30/4 palas. La admisión de agua a las dos boquillas se estrangula mediante dos paletas de guía con forma. Estos dividen y dirigen el flujo para que el agua ingrese al corredor sin problemas para cualquier ancho de abertura. Los álabes guía deben sellar los bordes de la carcasa de la turbina para que cuando el agua esté baja, puedan cerrar el suministro de agua. Por lo tanto, las paletas guía actúan como válvulas entre la tubería forzada y la turbina. Ambas paletas de guía se pueden ajustar mediante palancas de control, a las que se puede conectar un control automático o manual.
La geometría de la turbina (boquilla-corredor-eje) asegura que el chorro de agua sea efectivo. El agua actúa sobre el corredor dos veces, pero la mayor parte de la potencia se transfiere en el primer paso, cuando el agua ingresa al corredor. Solo se transfiere 1⁄3 de la potencia al rodete cuando el agua sale de la turbina.
El agua fluye a través de los canales de las palas en dos direcciones: de afuera hacia adentro y de adentro hacia afuera. La mayoría de las turbinas funcionan con dos chorros, dispuestos de modo que dos chorros de agua en el rodete no se afecten entre sí. Sin embargo, es esencial que la turbina, el cabezal y la velocidad de la turbina estén armonizados.
La turbina de flujo cruzado es del tipo de impulso, por lo que la presión permanece constante en el rodete.
Ventajas
La eficiencia máxima de una turbina de flujo cruzado es algo menor que la de una turbina Kaplan, Francis o Pelton. Sin embargo, la turbina de flujo cruzado tiene una curva de eficiencia plana bajo carga variable. Con un corredor dividido y una cámara de turbina, la turbina mantiene su eficiencia mientras que el flujo y la carga varían de 1/6 al máximo.
Dado que tiene un precio bajo y una buena regulación, las turbinas de flujo cruzado se utilizan principalmente en mini y micro unidades hidroeléctricas de menos de mil kW y con cabezas de menos de 200 m.
Especialmente con pequeñas plantas de pasada, la curva de eficiencia plana produce un mejor rendimiento anual que otros sistemas de turbinas, ya que los pequeños ríos' el agua suele ser más baja en algunos meses. La eficiencia de una turbina determina si se produce electricidad durante los períodos en que los ríos tienen caudales bajos. Si las turbinas utilizadas tienen eficiencias pico altas, pero se comportan mal a carga parcial, se obtiene un rendimiento anual menor que con turbinas que tienen una curva de eficiencia plana.
Debido a su excelente comportamiento con cargas parciales, la turbina de flujo cruzado es muy adecuada para la producción de electricidad desatendida. Su construcción simple hace que sea más fácil de mantener que otros tipos de turbinas; solo se deben mantener dos rodamientos y solo hay tres elementos giratorios. El sistema mecánico es simple, por lo que las reparaciones pueden ser realizadas por mecánicos locales.
Otra ventaja es que a menudo se puede limpiar solo. A medida que el agua sale del corredor, las hojas, la hierba, etc. no permanecerán en el corredor, evitando pérdidas. Por tanto, aunque la eficiencia de la turbina es algo menor, es más fiable que otros tipos. Normalmente no es necesaria la limpieza de los corredores, p. por inversión de caudal o variaciones de la velocidad. Otros tipos de turbinas se obstruyen más fácilmente y, en consecuencia, enfrentan pérdidas de energía a pesar de las eficiencias nominales más altas.
Contenido relacionado
Transporte en Japón
Transporte en Lituania
Teclado