Fundamentos de Turbinas Hidráulicas y Transformadores Eléctricos

Turbinas Hidráulicas: Principios, Componentes y Aplicaciones

Una turbina hidráulica es una máquina rotodinámica que transforma la energía de un fluido (generalmente agua) en energía mecánica de rotación. Esta energía mecánica se utiliza, principalmente, para generar energía eléctrica mediante el acoplamiento de la turbina a un generador en las centrales hidroeléctricas. La fuerza de la caída del agua impulsa el giro de la turbina, produciendo así electricidad. Las turbinas hidráulicas son conocidas por su alta eficiencia, que puede alcanzar hasta el 90%.

Componentes Clave de una Turbina Hidráulica

Para comprender su funcionamiento, es esencial conocer sus partes principales:

• Tubería de entrada: Conducto por donde el agua es dirigida hacia la turbina.
• Distribuidor: Mecanismo encargado de distribuir el flujo de agua de manera uniforme hacia el rodete, a través de varios puntos de salida.
• Toberas: Son los puntos específicos por donde el agua sale del distribuidor, dirigiendo el chorro con alta velocidad hacia el rodete.
• Rodete: Es la parte giratoria de la turbina, compuesta por un disco provisto de un sistema de álabes, paletas o cucharas. El impacto del agua sobre estas superficies es lo que provoca el giro del rodete.

Tipos de Turbinas Hidráulicas Más Utilizadas

Existen tres tipos principales de turbinas hidráulicas, ampliamente empleadas en la generación de energía:

• Turbina Pelton
• Turbina Francis
• Turbina Kaplan

Turbina Pelton: Características y Funcionamiento

La turbina Pelton es un tipo de turbina de acción o de chorro, caracterizada por su diseño tangencial y, comúnmente, de eje horizontal. Se emplea eficientemente en saltos de agua de gran altura y con caudales de agua relativamente pequeños. Su distribuidor puede estar formado por una o varias entradas de agua que dirigen chorros de alta velocidad hacia las cucharas del rodete. La fuerza del impulso del agua al golpear las cucharas es la responsable directa del giro de la turbina, transformando la energía cinética del chorro en energía mecánica rotacional.

Transformadores Eléctricos: Principios de Inducción y Aplicaciones

El transformador eléctrico es un dispositivo electromagnético fundamental en los sistemas de distribución de energía. Su función principal es aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de una corriente alterna, manteniendo constante la potencia aparente (ignorando pérdidas). Es crucial destacar que los transformadores operan exclusivamente con corriente alterna (CA); no existen transformadores para corriente continua (CC).

Fundamento de Funcionamiento: Inducción Electromagnética

Los transformadores se basan en el principio de la inducción electromagnética. Están constituidos por dos bobinas de alambre conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, generalmente hierro dulce. Este diseño permite la transferencia eficiente de energía entre las bobinas sin contacto físico directo.

Componentes Principales y su Rol

• Bobina Primaria (o "Primario"): Es la bobina que recibe el voltaje de entrada (la fuente de energía).
• Bobina Secundaria (o "Secundario"): Es la bobina que entrega el voltaje transformado a la carga.
• Núcleo de Hierro Dulce: Material ferromagnético que concentra y guía el flujo magnético generado por la bobina primaria hacia la bobina secundaria, maximizando la inducción.

Principio de Transformación de Voltaje

Cuando la bobina primaria recibe un voltaje alterno, circula por ella una corriente alterna que induce un flujo magnético variable en el núcleo de hierro. Este flujo magnético variable, al atravesar la bobina secundaria, induce en ella un voltaje alterno (Ley de Faraday). La relación entre el voltaje de entrada y el de salida depende directamente del número de vueltas de cada bobina. Por ejemplo, si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, el voltaje inducido en el secundario será aproximadamente el triple del voltaje de entrada.

Tipos de Transformadores: Elevadores y Reductores

Un transformador puede ser clasificado como "elevador" o "reductor" según la relación entre el número de espiras de sus bobinados:

• Transformador Elevador: Cuando la bobina secundaria tiene un mayor número de vueltas que la primaria, el voltaje en el secundario es mayor que en el primario. Este tipo de transformador aumenta el voltaje.
• Transformador Reductor: Cuando la bobina secundaria tiene un menor número de vueltas que la primaria, el voltaje en el secundario es menor que en el primario. Este tipo de transformador reduce el voltaje.