Breve descripción

La turbina Pelton (o rueda Pelton) es una turbina hidráulica de tipo impulso diseñada para extraer energía mecánica de chorros de agua de alta velocidad. Es excepcionalmente eficiente para grandes alturas de caída hidráulica (grandes alturas de caída vertical del agua) y caudales bajos, lo que la convierte en uno de los dispositivos más prácticos y de mayor rendimiento para generar electricidad en entornos remotos o montañosos.

Uso / Función

• Generación de energía: Accionamiento de Generadores Eléctricos para producir electricidad con alta eficiencia.
• Trabajo mecánico directo: Accionar molinos, bombas de agua o sierras directamente a través de ejes mecánicos.
• Escala: Alto rendimiento a escala local, regional o industrial, particularmente en regiones montañosas con grandes desniveles de elevación.

Principio operativo

La rueda Pelton aprovecha la energía cinética de un chorro de agua a alta presión y alta velocidad:

1. Conversión de velocidad: El agua de una fuente de gran altitud se dirige a través de una boquilla estrecha, convirtiendo la presión en un chorro de agua de alta velocidad.
2. División simétrica: El chorro golpea el centro de los cangilones con forma de doble copa unidos al borde de la rueda. Cada cangilón cuenta con una cresta central (divisor) que divide el flujo de agua en dos partes iguales.
3. Transferencia de momento: Los flujos divididos se redirigen hacia atrás, casi 180 grados, transfiriendo casi toda su energía cinética al cangilón.
4. Rotación: Esta inmensa fuerza hace que la rueda gire a altas velocidades, haciendo girar el eje central.

Cómo crearlo

1. El rotor y los cangilones

• Funda o forje cangilones de doble copa (con el divisor en el centro) a partir de Hierro o Acero. El diseño de doble copa es crítico; los álabes planos o las copas simples pierden más de la mitad de la eficiencia potencial.
• Atornille o suelde los cangilones firmemente alrededor del borde exterior de un disco de metal pesado (el rotor).

2. Eje y montaje

• Monte el rotor sobre un eje de Acero fuerte y equilibrado.
• Apoye el eje con Rodamientos de alta resistencia para minimizar la fricción y soportar las cargas radiales.

3. Sistema de boquilla

• Construya una boquilla cónica en el extremo de una tubería de alta presión (tubería forzada).
• Instale una válvula de aguja dentro de la boquilla para regular el diámetro y la velocidad del chorro de agua sin perder velocidad.

4. Dirección y carcasa

• Alinee la boquilla de modo que el chorro golpee los divisores de los cangilones perpendicularmente en la tangente de la rueda.
• Cierre todo el conjunto en una carcasa de acero o concreto para evitar salpicaduras de agua y dirigir el agua de salida hacia abajo.

Materiales necesarios

• Cangilones y Rotor: Acero o Hierro (también se puede usar bronce fundido para resistencia a la corrosión).
• Eje: Acero al carbono de alta resistencia.
• Boquilla: Latón, bronce o acero mecanizado.
• Rodamientos: Rodamientos de rodadura de acero de precisión.
• Carcasa: Láminas de acero, madera o Hormigón.

Variantes y mejoras

• Pelton de boquillas múltiples: Colocar múltiples boquillas alrededor de la rueda aumenta la potencia de salida sin necesidad de un rotor más grande.
• Turbina Turgo: Una modificación donde el chorro golpea la rueda en ángulo, lo que permite que ruedas más pequeñas manejen caudales más altos.
• Micro-hidráulica Pelton: Paquetes compactos y preensamblados que se pueden instalar en arroyos de montaña para proporcionar energía inmediata fuera de la red.

Límites y riesgos

• Dependencia de caída alta: Extremadamente ineficiente con caídas hidráulicas bajas (poca altura de caída), donde las turbinas de reacción como Kaplan o Francis son superiores.
• Obstrucción de boquillas: Cualquier residuo, arena u hojas en el agua pueden obstruir o erosionar la boquilla, lo que requiere un filtro o estanque de sedimentación antes de la toma.
• Desbocamiento de velocidad: Si la carga eléctrica se desconecta repentinamente, la turbina puede girar fuera de control (velocidad de desbocamiento), lo que podría destruirla debido a las fuerzas centrífugas. Se requiere un gobernador o deflector mecánico para seguridad.

Inventos relacionados

• Turbina hidráulica: La familia general de máquinas rotativas impulsadas por agua.
• Generador eléctrico: La carga primaria conectada al eje de la rueda Pelton.
• Rueda hidráulica: El antepasado de baja velocidad impulsado por gravedad.
• Rodamientos: Esenciales para mantener la rotación a alta velocidad.