Turbina Michell-Banki

determinado de álabes curvos.

El rango de aplicación está entre las Pelton de doble tobera y la turbina Francis, rápida trabajando principalmente en saltos y caudales medianos, pudiendo obtener eficiencias del orden del 80% y generando potencias hasta de 1000kW.

Figura 28. Esquema de una turbina Michell- Banki

Fuente:http://www.alejandrobarzi.com/manual-de-la-cuenca-del-lago- puelo/recomendaciones/turbinar-nuestros-rios

3.8.2.2 Turbina Francis [6]. Su aplicación está delimitada a velocidades específicas medias, operando al igual que la turbina Michell Banki con saltos y caudales medianos .Su eficiencia está comprendida entre 83% y 90%.

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Figura 29. Esquema grafico de una turbina Francis

Fuente: http://www.exatecno.net/ampliacion/energia/TurbinaFrancis.htm

3.8.2.3 Turbina Kaplan [6]. Esta máquina hidráulica se caracteriza por lo siguiente:

 Se utilizan para caídas bajas.

 El rodete recuerda la forma de una hélice de barco.

 El ángulo de inclinación de las palas del rodete es regulable.

 Se utilizan para gastos muy grandes.

 La regulación se efectúa por medio de un distribuidor como en las Francis y además con el ángulo de inclinación de las palas en el rodete.

 Es una turbina de reacción de flujo axial estando su sistema de regulación de velocidad incorporando en el rodete en el caso de la variante denominada Kaplan.

 Su rango de aplicación está delimitado a velocidades específicas bastantes altas. Operando con saltos muy pequeños y grandes caudales .Puede alcanzar hasta el 90%de eficiencia.

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Figura 30. Esquema de la turbina Kaplan

Fuente: http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-164.htm

3.8.2.4 Otras turbinas [6]. Además existen otras turbinas enunciadas a continuación:

a) Turbina Turgo:

 Equivalente a Pelton de varios inyectores

 Fuerte empuje axial

b) Turbina Tubular:

 Apta para pequeñas cargas

 Alta velocidad de empalamiento

c) Turbina Bulbo:

 Apta para pequeñas cargas

 Alta velocidad de empalamiento

d) Turbina Straflow:

 Muy compacta

 Apta para pequeñas cargas

 Altas velocidades de empalamiento

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3.9 Alternadores [20]

Un alternador es una máquina eléctrica rotativa capaz de transformar energía mecánica proveniente de una turbina para transformarla en energía eléctrica, generando una corriente alterna mediante inducción electromagnética.

Los alternadores están fundados en el principio de que en un conductor sometido a un campo magnético variable se crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y el valor del flujo que lo atraviesa.

Figura 31. Esquema de un alternador o generador

Fuente: http://ec.kalipedia.com/ecologia/tema/graficos-esquema-funcionamiento- alternador.html?x1=20070924klpcnafyq_125.Ees&x=20070924klpcnafyq_346.Kes

3.9.1 Partes de un alternador [20]. Una máquina eléctrica rotativa está compuesta de los siguientes componentes:

a) Un circuito magnético.

 Rotor: Parte móvil que gira dentro del estator.

 Estator: Parte fija.

 Entrehierro:Espacio de aire que separa el estator del rotor y que permite que pueda existir movimiento. Debe ser lo más reducido posible.

b) Dos circuitos eléctricos, uno en el rotor y otro en el estator. c) Arrollamiento o devanado de excitación o inductor.

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Uno de los devanados, al ser recorrido por una corriente eléctrica produce una fuerza magneto-motriz creando un campo magnético.El rotor, que en estas máquinas coincide con el inductor, es el elemento giratorio del alternador, que recibe la fuerza mecánica de rotación.

d) Inducido

Es el otro devanado, en el que se induce una fuerza electromotriz.

3.9.2 Características constructivas de un alternador [20]. Un alternador consta de dos partes fundamentales, el inductor que es el que crea el campo magnético y el inducido que es el conductor atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo magnético.

Figura 32. Disposición de elementos en un alternador simple de excitación permanente con dos pares de polos.

Fuente:http://cvonline.uaeh.edu.mx/Cursos/TecEduc/Intro_grupos_electrogenos/genera dor_de_ca_parte_1.html

3.9.2.1Inductor[20]. El rotor, que en estas máquinas coincide con el inductor, es el elemento giratorio del alternador, que recibe la fuerza mecánica de rotación.

3.9.2.2Inducido [20]. El inducido o estator, es donde se encuentran una serie de pares de polos distribuidos de modo alterno.

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3.9.3 Alternadores síncronos. El alternador síncrono es un tipo de máquina eléctrica rotativa capaz de transformar energía mecánica (en forma de rotación) en energía eléctrica. Su principio de funcionamiento consiste en la excitación de flujo en el rotor.

Su constitución se basa en un inductor (generalmente en el rotor), a flujo constante mediante bobinas inductoras de corriente continua o imanes permanentes y un inducido (generalmente en el estator), constituido por devanados de corriente alterna sinusoidal (generalmente trifásicos). Estos alternadores están equipados con un sistema de excitación asociado a un regulador de tensión para mantener un mismo valor de voltaje y frecuencia. El generador síncrono está compuesto principalmente de una parte móvil o rotor y de una parte fija o estator.

Las velocidades síncronas a las que debe girar el rotor del generador dependen del número de polos y de la frecuencia de la electricidad generada. Así de tiene para la generación eléctrica con una frecuencia estandarizada de 60 Hz, según el número de polos la velocidad angular síncrona será según indica la siguiente tabla:

Tabla 3. Velocidades angulares síncronas del rotor de un generador en función de la frecuencia estandarizada y del número de polos.

Fuente: ITDG. Manual de mini y microcentrales hidráulicas.

El rotor de un generador debe girar a la velocidad de sincronismo, la cual es controlada por la turbina.

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El valor exacto del voltaje generado en el estator es controlado por la corriente de excitación en los bobinados del campo mientras que la frecuencia es controlada por la velocidad de giro de la máquina.

La potencia de generación del alternador es controlada por el par mecánico aplicado al eje del alternador de la turbina

Figura 33. Grupo de generación: Turbina, generador y excitatriz

Fuente: Autores

En la figura 33 tenemos un esquema de turbina hidráulica conectada mecánicamente a un generador eléctrico, el cual para ser de tipo síncrono debe tener un rotor bobinado para poder controlar el campo magnético de excitación que depende de la carga a través del torque electromagnético que es producto de su interacción con la carga.

La principal diferencia entre los diferentes tipos de generadores síncronos, se encuentra en su sistema de alimentación en continua para la fuente de excitación situada en el rotor.

a) Excitación Independiente: Excitatriz independiente de continua que alimenta el rotor a través de un juego de anillos rozantes y escobillas.

b) Excitatriz principal y excitatriz piloto: La máquina principal de continua tiene como bobinado de campo otra máquina de excitación independiente, accionada por el mismo eje.

c) Electrónica de potencia: directamente, desde la salida trifásica del generador, se rectifica la señal mediante un rectificador controlado, y desde

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el mismo se alimenta directamente en continua el rotor mediante un juego de contactores (anillos y escobillas).

d) Sin escobillas, o diodos giratorios: la fuente de continua es un rectificador no controlado situado en el mismo rotor (dentro del mismo) alimentado en alterna por un generador situado también en el mismo eje y cuyo bobinado de campo es excitado desde un rectificador controlado que rectifica la señal generada por el giro de unos imanes permanentes situados en el mismo rotor (que constituyen la excitatriz piloto de alterna).

e) Excitación estática: Consiste en que el devanado de campo del rotor es alimentado desde una fuente de alimentación a transformador y

rectificadores que toma la tensión y corriente de salida del estator. El

transformador, de tipo especial, posee dos devanados primarios, llamados de tensión e intensidad, que se pueden conectar en serie o en paralelo a los bornes de la salida del estator.

3.9.4 Subestación eléctrica [20]. Una subestación eléctrica es una instalación proyectada a modificar y establecer los niveles de tensión de una infraestructura eléctrica con el objetivo de facilitar el transporte y distribución de la energía eléctrica, siendo su equipo principal el transformador.

Las subestaciones eléctricas elevadoras, situadas en las centrales generadoras de energía eléctrica, tienen la función de elevar el nivel de tensión, a valores como: 132, 220 ,400 kV o más, antes de entregar la energía a la red de transporte.

Las subestaciones eléctricas reductoras, reducen el nivel de tensión hasta valores que oscilan, habitualmente entre 13,2, 15, 20, 45 ó 66 kV y entregan la energía a la red de distribución. Posteriormente, los centros de transformación reducen los niveles de tensión hasta valores comerciales (baja tensión) aptos para el consumo doméstico e industrial, típicamente 380 V,220V, 120V.

Existen dos razones técnicas que explican por qué el transporte y la distribución en energía eléctrica se realizan a tensiones elevadas, y en consecuencia, por qué son necesarias las subestaciones eléctricas:

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Las subestaciones eléctricas son importantes y necesarias debido a que las pérdidas de potencia que se producen en un conductor por el que circula una corriente eléctrica, son directamente proporcionales.

P = I2_{∗ R}

La potencia eléctrica transportada en una red es directamente proporcional al valor de su tensión y al de su intensidad.

P = V ∗ I

En conclusión, cuanto mayor sea el valor de la tensión, menor deberá ser el valor de intensidad de corriente para transmitir la misma potencia y por ende sus pérdidas serán menores.

3.9.5 Red de transporte de energía eléctrica [20]. Es la parte del sistema de