Fluxu gurutzatuko turbina

Turbina hidraulikoen helburu nagusia, modu jarraian jariakin baten abiadura erabiltzea energia elektrikoa lortzeko da. Honetarako, jariakina turbina baten errodetetik pasarazten da. Errodeteak barnean duen disko batean dauden alabeek jariakinarekin kontaktua egitean alabeen forma eta jariakinaren arteko erlazioa dela eta diskoa biratzen hasten da. Mugimendu honen ardatza motore batekin kontaktuan jartzen da eta energia elektrikoa lortzen da. Funtsean, jariakin baten mugimenduak duen energia zinetikoa energia mekanikoan transformatzen du turbina hidrauliko batek. Edozein jariakinekin lan egiten dute baina hurrengo azalpenetan urarekin egingo dira aipamenak. 

Ohiko turbinen ur sarrera errodetearen zentroan egoten da, hau da, alabeetara plano elkartzut batean sartzen da. Urak errodetean aipatutako biraketa sortzen du eta beste aldetik plano elkartzutean ere irteten da. Errodetearen diskoaren biraketa motore elektriko, konpresore edota elektrizitate sorgailu batek aprobetxatu eta elektrizitatea sortzen du. Gaur egungo motoreen eraginkortasuna oso altua da, iraganekoekin konpartatuz.

Mota askotako turbinak daude gaur egun. Ur fluxuen ezaugarrien arabera sortu egin dira. Energia aprobetxatzeko  modurik egokiena bilatzen saiatu izan da eta behar desberdinetarako turbinak existitzen dira gaur egun: Francis, Pelton, Kaplan… Mota askoren artean bolumen aldakorra eta presio txikia duten jarioak ustiatzeko turbuina erabiliena fluxu gurutzatuko turbina da.

Fluxu gurutzatuko turbinak

Fluxu gurutzatua edo transbertzala duen turbina XX. Mendearen hasieran patentatu zen. Hasiera batean, Anthony Michell australiarrak diseinatu eta patentatu zuen, baina urteak joan ahala patente berriak ateratzen joan ziren, Donat Bankyrena adibidez. Hala ere, 1933. urtetik aurrera Fritz Ossbergerren konpainiak fabrikatu izan ditu mota honetako turbina gehienak. Horregatik, turbina hau beste izen batzuekin ere ezaguna da, Banki-Michell turbina edo Ossberger turbina, hain zuzen.

Turbina hau beste turbina normalekin konparatuz, desberdintasunik nabariena errodetean zehar duen ibilbidea da. Gurpil hidraulikoen antzera lan egiten du, hau da,  ur fluxua errodeteko alabeen plano berdinean zehar mugituz. Pausuz pausu azalduta hurrengo bidea jarraitzen du urak:

-       Ura injektore baten bidez bideratzen da eta errodetearen plano beretik ura sarrarazten da.

-       Lehen atal batean, alabe talde batetik igarotzen da  ura eta bere abiadura gehiena galdu egiten du.

-       Oraindik energia, abiadura,  duen urak, alabeak zeharkatu eta bigarren taldeko alabeekin jo egiten du. Atal honetan, gainerako energia aprobetxatzen da eta uraren energia zinetiko gehiena errodetearen biraketan transformatu da.

-       Ura errekolektore baten bidez berreskuratzen da.

Esan den bezala, turbinak funtsezko bi atal ditu, errodetea eta bere barneko elementuak alde batetik, eta injektorea bestetik.

·      Injektorea

Injektore egokiaren hautaketa, turbina baten errendimendurako atal garrantzitsuetako bat da, errodetean ura zein angelu, abiadura eta kantitatetan sartzen den zehazten duen aparatua delako. Ur  fluxuaren energia zinetikoa, mekanikoa bihurtzeko prozesua garbia izateko, uraren abiadura distribuzio konstantean, azelerazio egokian eta karga galera minimoan izatea kontrolatzen du injektoreak. Turbinaren errotorera heldu baino aurretiko aparatua da. Prisma itxurako barrunbe batean zehar bideratzen du ura, amaieran kurbaturiko  irteera izanik.

Injektorearen geometria horrek uraren abiadura eta sartze angeluaren arabera modu egokian bideratzen du. Uraren jatorria angelu batzuen artean egon behar du, injektorea ondo funtzionatzeko. Egindako ikerketen arabera 30 eta 120 gradu artekoak izan behar dute ur sarrera hauek, optimoena 90 graduko izanik. 

Injektorearekin batera dagoen banatzailea, ur fluxu kantitatea zehazten du eta emari minimoa baino txikiagoko ur fluxua izatekotan, ur sarrera ixteko kapaza da. Turbinara heldutako ur disponiblea eta errodeteak dituen alabeen kopuruaren  arteko erlazio baten bidez bideratzen du ur kantitatea. Injektoretik irtendako ur fluxuaren abiadura eta proiektatutakoa ez dira berdinak izaten. Abiadura txikiagoarekin irteten da normalean eta horrek, sarrerako arkua handiagoa izatea eragiten du. Ateratako urari fluxu librea deritzo.

Jario gurutzatuko turbinen gehiengo batek, aipatutako injektore bi izaten ditu, elkarrekintza harmonizatuan lan egiten dutenak eta turbinaren malgutasunean eragin zuzena dutenak.

·      Errodetea

Injektoretik irtendako uraren hurrengo etapa errodetean sartzean hasten da. Turbinaren atal honek energia zinetikoa energia mekaniko bihurtzen duena da, hain zuzen. Errodetea biratu egingo du ur fluxu libreak eraginda eta biraketa hau korronte elektrikoa bihurtzeko erabiliko da.

Errodeteak, gurpil hidrauliko konbenbentzionalen itxura du eta alabeez eta disko paraleloz (2 gutxienez) osatuta dago. Errodeteak diskoen ertzetan erradialki soldatu egiten dira eta tortsioa aplikatuz kurbadura bat aplikatu egiten zaizkie uraren sarrera tangentziala izateko. Gehienez 37 alabedun errodeteak diseinatzen dira eta urarekiko  erresistentzia  minimo izateko, ertzak asko leuntzen dira. Bere osotasunean errodeteari “urtxintxa kaiola” ere deitzen zaio.

Ur fluxua, kanpoko alabe taldea zeharkatzean norabidea eta abiadura zeharo aldatu egiten du, diskoak mugiaraziz. Lehen atal honetan, errodetea ia guztiz urperatuta lan egiten du. Ur fluxu desbideratua, kaiola barrutik irtetean beste bigarren alabe taldea zeharkatu egiten du, energia galduz eta desbideratuz. Kanpotik barrurako eta barrutik kanporako mugimendu honi ezker turbina hau “ustiapen bikoitzeko turbina” moduan ere ezaguna da. Fluxu norabide aldaketa horrek turbinaren errendimendu nominalean zuzenki eragiten du.

Ur fluxuak lehen errodete taldea zeharkatzean guztira lortzen den energiaren %70a aprobetxatzen da. Bigarren zatian aipatu den bezala abiadura eta norabidea desberdinak direnez, energia gutxiago aprobetxatu egiten da, totalaren %30a.

Errodete multzoa normalean bitan banandu egiten da, injektore bakoitzeko bana. Errodete frakzioak 1/3 eta 2/3koak izaten dira. Turbina banatzearen arrazoietatik nabarmenena, bolumen desberdinei modu eraginkorrean aurre egitea da. Emari txikiagoekin karga osoaren %33,3a soilik aprobetxatu ahalko da, baina hau lortzeko 1/3dun injektorea soilik zabalduko denez, errendimendu altuagoarekin jardungo da. Emari handiagorekin 2/3ko tartea eta emari maximoekin guztiz zabalduko litzateke. Azkenengo kasu honetan, nahiz eta injektoreak ur fluxu desorekatua isuri, errodetearen ardatzak ez du esfortzu axialik sufrituko, alabeen diseinuan aurreikusi den arazoa delako.  

Azkenik ura errodete ingurutik irten egiten da eta presioa atmosferikoan deskargatzen da ur hartune baten bidez.

Abantailak eta desabantailak

Ossberger turbinaren erabilpen nagusia ur fluxu handietan erabiltzen da, baina, errodetean esan bezala, emari desberdinetarako malgutasun handiko turbina da. Hala ere, altuera gutxiko kargekin lan egin dezake, 1 eta 200 m ingurukoak. Malgutasun horrekin, ibaien emari aldakorren ustiapenerako turbina aproposena bilakatzen da.  Gainera turbinaren ardatzaren biratze abiadura askotarako baliagarria den turbina da, 50 eta 200 bira minutuen artetarakoa, hain zuzen.

Kaplan, Pelton eta Francis turbinek errendimendu hobeak dituzte, emari altuekin batez ere. Hala eta guztiz ere, jario gurutzatuko turbinak emari txikiagoekin lortzen dituen errendimenduak, errotorearen zatitzearen ondorioz, handiagoak dira. Gainera, turbinaren prezio baxuak eta malgutasun handiak , proiektu hidrauliko txikietan parekorik ez izatea eragiten du. Proiektu txikietan 2 MWeko potentzia lortzen dira, baina instalazio handiagorekin eta ur emari nahikorekin 6MWkoak lortu daitezke.

Turbinaren sistema mekanikoa nahiko sinplea denez, ez du behar mantenimendu bereziren bat egin beharreko langile espezifikorik.  Ardatzean dauden errodamenduen mantenimendua bakarrik bermatu behar da, denboraren poderioz hondatu ahal den aparatua delako. Gainera, errodetearen fluxuaren noranzkoa aldatuz gero, alabeen arteko guneak garbitzeko aukera ematen du. Beraz, ez du garbitzeko prozesu bereziren beharrik.

Erreferentziak

Kanpo estekak 

Makina hidraulikoak
Australiako asmakizunak