Una turbina de flujo transversal , Bánki-Michell turbina , o Ossberger turbina [1] es una turbina de agua desarrollado por el australiano Anthony Michell , el húngaro Donát Bánki y el Fritz Ossberger alemán. Michell obtuvo patentes para el diseño de su turbina en 1903, y la empresa de fabricación Weymouth lo hizo durante muchos años. La primera patente de Ossberger fue otorgada en 1933 ("Turbina de chorro libre" 1922, Patente Imperial No. 361593 y la "Turbina de flujo cruzado" 1933, Patente Imperial No. 615445), y fabricó esta turbina como un producto estándar. En la actualidad, 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 de forma transversal o a través de las palas de la turbina. Al igual que con una rueda hidráulica , el agua se admite en el borde de la turbina. Después de pasar al interior del corredor, sale por el lado opuesto, yendo hacia afuera. Pasar dos veces por el corredor proporciona una eficiencia adicional . Cuando el agua sale del corredor, también ayuda a limpiarla de pequeños escombros y contaminación. La turbina de flujo cruzado es una máquina de baja velocidad que se adapta bien a ubicaciones con poca altura pero alto flujo.
Aunque la ilustración muestra una boquilla para simplificar, la mayoría de las turbinas de flujo cruzado prácticas tienen dos, dispuestas de manera que los flujos de agua no interfieran.
Las turbinas de flujo transversal 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 generalmente se construyen con volúmenes en proporciones de 1: 2. La unidad de regulación subdividida, el sistema de paletas guía en la sección aguas arriba de la turbina, proporciona un funcionamiento flexible, con 33, 66 o 100% de salida, según el caudal. Se obtienen bajos costos de operación con la construcción relativamente simple de la turbina.
Detalles de diseño
La turbina consta de una rueda hidráulica cilíndrica o rodete de eje horizontal, compuesto por numerosas palas (hasta 37), dispuestas radial y tangencialmente. Los bordes de la hoja 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 discos para formar una jaula como una jaula de hámster y a veces se les llama "turbinas de jaula de ardilla"; en lugar de las barras, la turbina tiene las palas de acero en forma de artesa.
El agua fluye primero desde el exterior de la turbina hacia el interior. La unidad de regulación, con forma de paleta o lengüeta, varía la sección transversal del flujo. El chorro de agua se dirige hacia el canal cilíndrico mediante una 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 regulador controla el flujo según la potencia necesaria y el agua disponible. La relación es que (0-100%) del agua se admite a 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 apertura. Las paletas de guía deben sellar los bordes de la carcasa de la turbina para que cuando el agua esté baja, puedan cortar el suministro de agua. Por tanto, las paletas de guía actúan como válvulas entre la compuerta 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-rodete-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 la primera pasada, cuando el agua entra en el corredor. Sólo 1 / 3 de la potencia se transfiere al corredor cuando el agua abandona la turbina.
El agua fluye a través de los canales de la hoja 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 corredor 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 unidades mini y micro hidroeléctricas de menos de dos mil kW y con cabezales inferiores a 200 m.
Particularmente con las plantas pequeñas de pasada , la curva de eficiencia plana produce un mejor rendimiento anual que otros sistemas de turbinas, ya que el agua de los ríos pequeños suele ser menor 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 altas eficiencias pico, pero se comportan mal a carga parcial, se obtiene un rendimiento anual menor que con las 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 cojinetes 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 ninguna limpieza del canal, por ejemplo, por inversión de flujo o variaciones de la velocidad. Otros tipos de turbinas se obstruyen más fácilmente y, en consecuencia, enfrentan pérdidas de potencia a pesar de las mayores eficiencias nominales.
Ver también
- Turbinas de agua
- Las turbinas eólicas de eje vertical a veces se denominan turbinas de flujo cruzado, ya que el flujo pasa a través del rotor de forma transversal.
- Turbina helicoidal Gorlov , en la que el eje del rotor también se coloca perpendicular al flujo
Referencias
- ^ EF Lindsley, Energía del agua para su hogar, Popular Science, mayo de 1977, vol. 210, núm. 5 , 87-93.