Fig. 1. Las turbinas pueden ser bastante grandes, la turbina de vapor de arriba se pone a escala con una persona.[1]

Una turbina es un dispositivo que aprovecha la energía cinética de algún fluido -como el agua, el vapor, el aire o los gases de combustión- y la convierte en el movimiento de rotación del propio dispositivo.[2] Las turbinas se utilizan generalmente en la generación eléctrica, los motores y los sistemas de propulsión. Las turbinas son máquinas (concretamente turbomáquinas) porque las turbinas transmiten y modifican la energía. Una turbina simple está compuesta por una serie de álabes -actualmente el acero es uno de los materiales más utilizados- y permite que el fluido entre en la turbina, empujando los álabes. Estos álabes giran mientras el fluido fluye a través de ellos, capturando parte de la energía como movimiento de rotación. El fluido que pasa por una turbina pierde energía cinética y sale de ella con menos energía de la que tenía al principio.[2]

Las turbinas se utilizan en muchas áreas diferentes, y cada tipo de turbina tiene una construcción ligeramente diferente para realizar su trabajo correctamente. Las turbinas se utilizan en la energía eólica, la energía hidráulica, los motores térmicos y la propulsión. Las turbinas son muy importantes porque casi toda la electricidad se produce convirtiendo la energía mecánica de una turbina en energía eléctrica a través de un generador.[2]

Motores térmicos

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Los motores térmicos utilizan turbinas (además de pistones) porque pueden extraer eficazmente la energía de los fluidos. Además, las turbinas requieren poco mantenimiento.

Las turbinas de gas se utilizan con frecuencia en los motores térmicos, ya que son uno de los tipos de turbinas más flexibles. Una aplicación específica de estas turbinas de gas es en los motores a reacción.[2] En estas turbinas de gas, el aire comprimido se calienta y se mezcla con algún combustible. Cuando esta mezcla se enciende, sufre una rápida expansión. El aire en expansión es empujado hacia la turbina, haciéndola girar. Como utilizan aire comprimido, las grandes alturas no afectan a la eficiencia de las turbinas, lo que las hace ideales para su uso en aviones.[3] En la fig. 2 se muestra un diagrama de una turbina de gas.

Fig. 2. Diagrama de un motor de turbina de gas.[4]

Además de utilizarse en los aviones, estas turbinas se emplean para generar electricidad en centrales eléctricas alimentadas con gas natural. En este caso, los gases de combustión proceden de la combustión de gas natural.[3]

Generación de electricidad

Hidroelectricidad

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Fig. 3. Diagrama de una turbina hidroeléctrica.[5]

En una instalación hidroeléctrica, el agua se retiene detrás de una presa y se libera a través de una tubería forzada. El agua, que tiene energía cinética y potencial, se deja caer sobre una turbina que hace girar un eje conectado a un generador, generando así electricidad. Estas turbinas son esenciales en el ámbito de la energía hidroeléctrica, el proceso de obtención de energía a partir del agua.

La construcción de las turbinas hidroeléctricas es similar para los distintos tipos de centrales hidroeléctricas (para más información, véase hidroelectricidad de pasada y de embalse). Una serie de palas se acopla a algún eje o placa giratoria. El agua pasa a través de la turbina por encima de las palas, haciendo girar el eje interior. Este movimiento de rotación se transfiere entonces a un generador donde se genera electricidad. Hay una gran variedad de tipos de turbinas que se utilizan mejor en diferentes situaciones. Cada tipo de turbina se crea para proporcionar el máximo rendimiento para la situación en la que se utiliza (ejemplos de diferentes tipos de turbinas hidroeléctricas son las turbinas Francis, las turbinas Kaplan y las turbinas Pelton). Hay muchos factores que deben investigarse para determinar qué turbina debe utilizarse. Estos factores incluyen la altura hidráulica, la descarga hidroeléctrica y el coste.[6]

En estas instalaciones se suelen encontrar dos tipos de turbinas, cuya elección depende de las características de la instalación hidroeléctrica. Estos tipos son las turbinas de reacción y las turbinas de impulso. Para obtener más información sobre el funcionamiento de estas turbinas e información más detallada sobre otras turbinas, haga clic aquí.

Fig. 4. Diagrama de una turbina eólica.[7]

Viento

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Los aerogeneradores funcionan transformando la energía cinética del viento en energía mecánica que se utiliza para generar electricidad haciendo girar un generador. Estas turbinas pueden estar en tierra, o pueden ser turbinas eólicas en alta mar. Estas turbinas tienen tres componentes principales. El primero son las palas del rotor, que tienen la forma de las alas de un avión para atrapar el aire y hacer que las palas giren. El segundo componente es la góndola, un conjunto de engranajes y un generador que transforma la rotación de las palas en energía eléctrica. Por último, la torre es el gran soporte sobre el que se montan las palas y la góndola.[8]

Ver lecturas adicionales

Referencias

  1. Wikimedia Commons. (September 2, 2015). Turbine Philippsburg [Online]. Available: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Turbine_Philippsburg-1.jpg
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 Dictionary of Energy, edited by Cutler J. Cleveland, and Christopher G. Morris, Elsevier, 2014. ProQuest Ebook Central, https://ebookcentral-proquest-com.ezproxy.lib.ucalgary.ca/lib/ucalgary-ebooks/detail.action?docID=1821967.
  3. 3,0 3,1 Energy.gov. (September 2, 2015). How Gas Turbines Work [Online]. Available: http://energy.gov/fe/how-gas-turbine-power-plants-work
  4. Wikimedia Commons [Online], Available: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Jet_engine.svg
  5. Wikimedia Commons. (September 2, 2015). Water Turbine [Online]. Available: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water_turbine.svg.
  6. BrightHub Engineering. (September 2, 2015). What are Hydraulic Turbines? [Online]. Available: http://www.brighthubengineering.com/fluid-mechanics-hydraulics/26551-hydraulic-turbines-definition-and-basics/
  7. Wikimedia Commons. Wind turbine diagram [Online]. Available: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wind_turbine_diagram.svg
  8. Energy Center of Wisconsin. (September 2, 2015). Parts of a Turbine [Online]. Available: http://www.ecw.org/windpower/web/cat2a.html