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La turbina de flujo transversal es una máquina de gran importancia en pequeños aprovechamientos hidroeléctricos. Es por eso que un buen diseño proporcionará un aumento de la eficiencia que se sumará a la sencilla construcción de esta.

Historia

El inventor de la turbina de flujo transversal también conocida como turbina Banki (o Michell-Banki) fue el ingeniero australiano A.G.M Michell, quien obtuvo una patente para esta máquina en 1903. La turbina fue basada en la teoría de Poncelet, ingeniero francés (1788-1867) quien desarrolló la clásica rueda hidráulica de eje horizontal. No hay información adicional sobre la patente de Michell. El profesor húngaro Donat Banki en la ex Alemania Occidental hizo un trabajo extensivo sobre esta máquina entre 1912 y1918. A través de una serie de publicaciones especificó que, para obtener la máxima eficiencia, el ángulo con el cual el chorro golpea al álabe debe ser tan pequeño como sea posible. Basado en esta suposición, calculó los ángulos de entrada y salida del rotor, ancho del mismo, la forma del flujo a través de éste, curvatura del álabe, etc.

Consideró todas las pérdidas posibles que ocurren en el inyector y el rotor y expresó el rendimiento máximo posible como: ƞmax_ = 0.771 − 0.384D/H en el cual D es el diámetro de la turbina y H la altura total. Sonnek (1923) modificó la teoría de Banki asumiendo un ángulo del álabe constante e igual a 30º, con lo que la expresión del rendimiento máximo resultó en: ƞmax = 0.863 − 0.264D/H Desde esa época fueron muchas las investigaciones realizadas sobre esta turbina a tiempo, las cuales han introducido mejoras sustanciales en la eficiencia de la misma. Las turbinas Banki también se conocen con el nombre de Ossberg que fue la casa constructora que las perfeccionó.

Características generales

Las turbinas hidráulicas Banki, son turbinas de acción, aptas para trabajar en un amplio rango de caudales y alturas para potencias pequeñas, inferiores a 1,5 MW, con un buen rendimiento. Por tanto, es una máquina utilizada principalmente para pequeños aprovechamientos hidroeléctricos. Basa sus ventajas fundamentalmente en un sencillo diseño y fácil construcción lo que le hace especialmente atractiva en el balance económico de un aprovechamiento en pequeña escala. No obstante, esto no impide que la turbina se utilice en grandes instalaciones. Aunque la turbina de flujo transversal se conoce como una máquina de pequeña escala, existen actualmente máquinas de este tipo de hasta 6 MW

Las principales características de esta máquina son las siguientes:

•La velocidad de giro puede ser seleccionada en un amplio rango.

•El diámetro de la turbina no depende del caudal.

•Se alcanza un aceptable nivel de rendimiento con pequeñas turbinas.

•Se puede regular el caudal la potencia por medio de un álabe ajustable.

Campo de aplicación

Debido a que pueden ser regulada de una manera simple pero eficaz, su facilidad de construcción y mínimo mantenimiento, las turbinas Banki son una buena opción para mini-centrales o pequeños saltos. A pesar de que fundamentalmente su aplicación se destina a la producción de energía eléctrica en pequeña escala, existen otros casos en los que su eje se acopla por correa a otros dispositivos mecánicos, y la energía mecánica obtenida se utiliza directamente en trabajos de taller.

Las condiciones en las que se obtienen buenos rendimientos, equivalentes a turbinas Francis lentas son:

•Salto: 1-200 m

•Caudal: 30-15000 l/s

•Potencia: hasta 1,5 MW

Constitución

La turbina consta de dos elementos principales: un inyector o distribuidor y un rotor o rodete. El rodete constituye la parte esencial de la turbina. Está compuesto por dos discos paralelos, perpendiculares al eje de giro. Los discos van unidos a álabes curvados en forma de sector circular, para abaratar costes y simplificar la fabricación. Según sea su tamaño, el rodete puede poseer un número de palas específico. Las palas curvadas linealmente sólo producen un empuje axial pequeño, este empuje es amortiguado por medio de los rodamientos. El inyector posee una sección transversal rectangular que va unida a la tubería por una transición rectangular- circular. Este inyector es el que dirige el agua hacia el rotor a través de una sección que toma una determinada cantidad de álabes del mismo, y que guía el agua para que entre al rotor con un ángulo determinado obteniendo el mayor aprovechamiento de la energía Las pérdidas por fuga son tan escasas que la pala directriz puede servir de órgano de cierre. De esta manera no es preciso que se prevea ninguna válvula de cierre entre la tubería de presión y la turbina. La pala directriz puede regularse independientemente entre sí mediante una palanca reguladora a la que se acopla la regulación manual.

Las pérdidas por fuga son tan escasas que la pala directriz puede servir de órgano de cierre. De esta manera no es preciso que se prevea ninguna válvula de cierre entre la tubería de presión y la turbina. La pala directriz puede regularse independientemente entre sí mediante una palanca reguladora a la que se acopla la regulación manual.

Una turbina Banki comercial, consta de algunas partes más:

1. Pieza de la carcasa

2. Distribuidos con el órgano de regulación

3. Rodete

4. Cojinetes del rodete

5. Pieza de la carcasa

6. Válvula de seguridad

7. Tubo de aspiración

8. Conducto a presión de entrada

Principio y condiciones de funcionamiento hidráulico

Como las turbinas Banki son turbinas de acción, la presión del agua es constante en todo el rodete y toda la energía transformada proviene de la energía cinética que transfiere el chorro al desviarse en los álabes. El conducto de entrada junto con el distribuidor y sus álabes transforman la energía potencial en energía cinética actuando como toberas. La energía del agua es transferida al rotor en dos etapas, lo que también da a esta máquina el nombre de turbina de doble efecto. El chorro se encuentra una primera etapa de álabes, y se desvía transfiriendo aproximadamente un 70% de la energía total que se intercambia. Tras esta etapa, el chorro pasa por la zona interior del rodete, para incidir en una segunda etapa sobre los álabes, ahora por la zona interior. Al salir de la segunda etapa, el chorro va al tubo de aspiración. El agua es restituida mediante una descarga a presión atmosférica. Los ensayos realizados por distintos investigadores sitúan el rendimiento hidráulico de esa máquina entre un 65-70%, otros autores mencionan un 61%, aclarando que la segunda etapa entrega un 17%, y en general muchos autores indican un 70% hasta un 84%. Una característica atractiva de estas máquinas es la forma aplanada de su curva de rendimientos. Esto se logra con un diseño de la turbina con admisión parcial. Se divide el rotor en 3 partes iguales y la admisión del agua se puede realizar por 1/3, 2/3 o la totalidad del rodete.

Alberto Moreno Jimenez