La turbina Pelton, anomenada també com roda hidràulica tangencial o roda Pelton, va ser inventada pel nord-americà Lester Allen Pelton en la dècada de 1870. Tot i que es van crear diversos tipus de turbines abans de la tipus Pelton, aquesta segueix sent la més utilitzada actualment per la seva eficàcia.
És una turbina d'impuls o turbina hidràulica que posseeix un disseny simple i compacte, té forma de roda, composta principalment per cullerots, deflectors o àleps mòbils dividits, situats al voltant de la seva perifèria.
Els àleps poden col·locar-se individualment o unir-se a la galleda central, o bé, tota la roda pot ser col·locada en una sola peça completa. Per funcionar, converteix l'energia de l'fluid en moviment, que es genera quan un raig d'aigua a una alta velocitat, incideix sobre els àleps mòbils fent que aquesta giri i entri en funcionament.
S'utilitza generalment per produir electricitat en plantes hidroelèctriques, on el dipòsit d'aigua disponible estigui ubicat a certa altura sobre la turbina.
història
Les rodes hidràuliques van néixer a partir de les primeres rodes que es van usar per treure aigua dels rius i eren mogudes per l'esforç de l'home o d'animals.
Aquestes rodes es remunten des del segle II abans de Crist, quan van afegir paletes a la circumferència de la roda. Es van començar a fer servir les rodes hidràuliques, quan es va descobrir la possibilitat d'aprofitar l'energia dels corrents per fer funcionar altres màquines, conegudes actualment com turbomàquines o màquines hidràuliques.
La turbina d'impuls tipus Pelton, no va fer la seva aparició fins a 1870, quan el miner Lester Allen Pelton d'origen nord-americà va implementar el primer mecanisme amb rodes per treure aigua, semblants a un molí, després va implementar les màquines de vapor.
Aquests mecanismes van començar a presentar fallades en el seu funcionament. A partir d'allí, a Pelton se li va ocórrer dissenyar rodes hidràuliques amb àleps o paletes que rebin el xoc d'aigua a gran velocitat.
Va observar que el raig colpejava en la vora de les paletes en comptes de en el seu centre i com a resultat el flux d'aigua sortia en direcció inversa i la turbina adquiria major velocitat, convertint-se en un mètode més eficient. Aquest fet es basa en el principi pel qual l'energia cinètica produïda pel raig, es conserva i es pot utilitzar per generar energia elèctrica.
Pelton és considerat com el pare de l'energia hidroelèctrica, per la seva contribució significativa en el desenvolupament de la hidroelectricitat a tot el món. El seu invent a finals de la dècada de 1870, denominat per ell mateix com Pelton Runner, va ser reconegut com el disseny més eficient de la turbina d'impuls.
Més tard, Lester Pelton va patentar la seva roda i l'any 1888 va formar Pelton Water Wheel Company a San Francisco. "Pelton" és una marca registrada dels productes d'aquesta companyia, però el terme és utilitzat per a la identificació de les turbines d'impuls similars.
Posteriorment van sorgir dissenys nous, com ho és la turbina Turgo patentada l'any 1919, i la turbina Banki inspirats en el model de la roda Pelton.
Funcionament de la turbina Pelton
Hi ha dos tipus de turbines: turbina de reacció i turbina d'impuls. En una turbina de reacció, l'escorriment s'efectua sota la pressió d'una càmera tancada; per exemple, un simple regador de jardí.
A la turbina d'impuls tipus Pelton, quan els cullerots ubicats a la perifèria de la roda reben directament l'aigua a alta velocitat, accionen el moviment de rotació de la turbina, convertint l'energia cinètica en energia dinàmica.
Encara que en la turbina de reacció s'utilitzi tant l'energia cinètica com l'energia de pressió, i encara que tota l'energia lliurada en una turbina d'impuls sigui cinètica, per tant, el funcionament de les dues turbines depèn d'un canvi en la velocitat de l'aigua, perquè exerceixi una força dinàmica en aquest element rotatori.
aplicació
Existeix gran varietat de turbines en diverses mides en el mercat, però és recomanable l'ús de la turbina tipus Pelton en altures a partir de 300 metres fins a uns 700 metres o més aproximadament.
Les turbines petites s'utilitzen per a fins domèstics. Gràcies a l'energia dinàmica generada per la velocitat de l'aigua, pot produir fàcilment energia elèctrica de tal manera que aquestes turbines són en la seva gran majoria utilitzades per al funcionament de plantes hidroelèctriques.
Com per exemple, la central hidroelèctrica de Bieudron en el complex de la presa Gran Dixence situat als Alps Suïssos al cantó de Valais, Suïssa.
Aquesta planta, va començar la seva producció el 1998, amb dos rècords mundials: posseeix la turbina Pelton més poderosa de l'món i el cap més alt utilitzada per produir energia hidroelèctrica.
La instal·lació alberga tres turbines Pelton, cadascuna d'elles opera a una alçada de 1869 metres aproximadament i un cabal de 25 metres cúbics per segon, treballant amb una eficiència superior a 92%.
Al desembre de l'any 2000, la comporta de la presa Cleuson-Dixence, la qual alimenta les turbines Pelton en Bieudron, va tenir un trencament a uns 1234 metres, obligant a el tancament de la planta d'energia.
La ruptura va ser de 9 metres de llarg per 60 centímetres d'ample, provocant que el flux a través de ruptura excedís els 150 metres cúbics per segon, és a dir, va tenir un alliberament ràpida d'una gran quantitat d'aigua a una alta pressió, destruint a seu pas 100 hectàrees aproximadament de pastures, horts, boscos, el rentat de diversos xalets i graners situats al voltant d'aquesta àrea.
Van realitzar una gran investigació sobre l'accident, com a resultat redissenyar gairebé del tot la canonada forçada. Encara es desconeix la causa arrel de la ruptura.
El redisseny va requerir millores en el revestiment de la canonada i millorament de terra al voltant de la canonada forçada per reduir el flux d'aigua entre la canonada i la roca.
La secció danyada de la canonada forçada, es va redirigir de la ubicació anterior per trobar roca nova que fos més estable. La construcció a la comporta redissenyada es va completar el 2009.
La instal·lació de Bieudron no va estar operativa després d'aquest accident fins a reprendre les seves activitats per complet al gener de l'any 2010.
referències
- Penton Wheel. WikiLingue the free encyclopedia. Recuperat: en.wikipedia.org
- Turbina Pelton. Viquipèdia lliure. Recuperat de es.wikipedia.org
- Lester Allen Pelton. WikiLingue the free encyclopedia. Recuperat de en.wikipedia.org
- Bieudron Hydroelectric Power Station. WikiLingue the free encyclopedia. Recuperat de en.wikipedia.org
- Pelton and Turgo Turbines. Renewables First. Recuperat de renewablesfirst.co.uk
- Hanania J., Stenhouse K., i Jason Donev J. Pelton Turbine. Energy Education Encyclopedia. Recuperat de energyeducation.ca
- Pelton Turbine - Working and Design Aspects. Learn Engineering. Recuperat de learnengineering.org
- Turbines Hidràuliques. Power Machines OJSC. Recuperat de power-m.ru/es/
- Pelton Wheel. Hartvigsen Hydro. Recuperat de h-hydro.com
- Bolinaga JJ Mecànica Elemental dels Fluids. Universitat Catòlica Andrés Bello. Caracas, 2010. Aplicacions a Màquines Hidràuliques. 298.
- Linsley RK, i Franzini JB Enginyeria dels Recursos Hidràulics. CECSA. Maquinària Hidràulica. Capítol 12. 399-402, 417.
- Wylie S. Mecànica dels Fluids. McGraw Hill. Sisena Edició. Teoria de les Turbomàquines. 531-532.