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Turbina de flujo cruzado
Descripción breve
Una turbina de flujo cruzado (también conocida como turbina Banki-Michell o Ossberger) es una turbina hidráulica de acción donde el agua fluye transversalmente a través de un rodete cilíndrico equipado con álabes curvados. De manera única, el agua pasa dos veces a través de los álabes del rodete: primero entrando de afuera hacia adentro, y luego saliendo de adentro hacia afuera, extrayendo energía mecánica en ambos pasos. Su diseño simple permite construirla fácilmente con herramientas básicas de taller ofreciendo un alto rendimiento ante variaciones de caudal.
Uso / Función
- Uso principal: Generación de energía mecánica rotativa e hidroelectricidad a partir de saltos de agua pequeños y medianos.
- Usos secundarios: Accionamiento mecánico directo de aserraderos, molinos de grano, bombas de agua y microcentrales hidroeléctricas comunitarias.
- Escala: Desde escala familiar o comunitaria (1 kW a 100 kW) hasta pequeñas instalaciones comerciales, funcionando eficazmente en saltos de 2 a 200 metros.
Principio de funcionamiento
Doble Acción de Impulso de Flujo Cruzado:
- Aceleración en la inyectora: El agua proveniente de una presa o tubería de carga entra en una inyectora rectangular que acelera y dirige el chorro de fluido a un ángulo específico (normalmente 16°) hacia la periferia del rodete cilíndrico.
- Primer paso (de fuera hacia dentro): Al chocar contra los álabes curvados exteriores, el agua transfiere entre el 70% y el 80% de su energía cinética al rodete a medida que se desplaza hacia el centro hueco del tambor.
- Fase de flujo cruzado: La corriente de agua cruza el centro hueco del rodete sin interferir con el eje principal.
- Segundo paso (de dentro hacia fuera): El agua golpea los álabes del lado opuesto del rodete desde el interior hacia el exterior, transfiriendo el 20%-30% restante de su energía cinética antes de descargarse en el canal de salida inferior.
- Acción autolimpiante: La salida del agua hacia afuera en el segundo paso arrastra de forma natural hojas, sedimentos y residuos atrapados durante el primer paso.
Cómo crearlo
1. Construcción del rodete
- Cortar dos discos o placas laterales paralelas de Acero grueso o Madera pesada.
- Fabricar de 20 a 30 álabes curvados cortando secciones longitudinales de tubos de acero o doblando chapas metálicas en arcos circulares.
- Soldar o atornillar los álabes de manera uniforme alrededor del perímetro entre las dos placas laterales.
- Montar un eje central a través de los cubos de las placas laterales mediante cojinetes o rodamientos de Hierro o acero.
2. Inyectora y caja de regulación
- Construir una carcasa rectangular de acero soldado o madera alrededor de la sección superior del rodete.
- Instalar un álabe de regulación articulado dentro de la inyectora para ajustar el ancho del chorro de agua en función de las variaciones estacionales del río.
3. Instalación y acoplamiento
- Anclar firmemente la carcasa de la turbina sobre un canal de descarga de hormigón o mampostería.
- Conectar el eje de la turbina a un Generador eléctrico, bomba o polea mediante correas o engranajes.
Materiales necesarios
- Álabes y placas del rodete: Tubo o chapa de Acero estructural, o Madera dura densa reforzada con pletinas metálicas.
- Eje y rodamientos: Eje de Hierro o acero con soportes de rodamientos engrasables.
- Carcasa e inyectora: Chapa de acero pesada, madera o estructura de mampostería.
- Fluido de trabajo: Agua procedente de un río o tubería forzada.
Variantes y mejoras
- Turbina Banki-Michell: Diseño estándar de principios del siglo XX con álabes curvados hechos a partir de secciones de tubo cortadas y control simple de inyectora rectangular.
- Rodete dividido (Tipo Ossberger): Dividir la anchura del rodete en secciones de 1/3 y 2/3 con válvulas independientes permite mantener una alta eficiencia trabajando al 33%, 66% o 100% del caudal máximo.
- Microhidráulica con rodete de madera: Construida con álabes de roble duro o teca para generación de emergencia fuera de la red cuando no se dispone de talleres metalúrgicos.
Límites y riesgos
- Riesgo de cavitación: Operar la turbina por debajo del nivel de agua de descarga sin tubo de aspiración puede causar pérdidas de rendimiento o bolsas de aire.
- Deterioro de sellos de rodamientos: La entrada de agua en los rodamientos del eje principal causa corrosión rápida o fallos si no se mantienen engrasados.
- Sobrevelocidad descontrolada: Si la carga eléctrica o mecánica se desconecta repentinamente, el rodete puede alcanzar velocidades peligrosas de embalamiento (hasta 1,8 veces la velocidad nominal).