¿Qué es una turbina de hélice?

Una turbina de hélice pertenece a un grupo de máquinas que convierten la energía del flujo de fluido o gas en movimiento de rotación. Como indica esta descripción, estas máquinas se dividen en dos categorías básicas: turbinas de hélice de viento o agua. La fuerza de rotación que producen estas máquinas se usa más comúnmente para generar energía eléctrica y, en menor medida, para entregar trabajo mecánico. Ejemplos comunes de variantes de trabajo mecánico de la turbina de hélice son los molinos de viento y ciertos tipos de molinos accionados por agua. Debido a la naturaleza abundante, renovable y barata de la fuente de energía de la turbina de la hélice, es uno de los métodos de producción de energía más rentables y respetuosos con el medio ambiente jamás diseñados.

Una turbina de hélice aplica la teoría de hélice convencional a la inversa para aprovechar la energía cinética latente en los flujos de gas y fluido. Las hélices consisten en un eje central con un mínimo de dos palas o paletas opuestas en forma de superficie de sustentación unidas a él. En general, estos son activados por una fuente de energía externa para producir empuje empujando o desplazando aire o líquido sobre las cuchillas. En una turbina de hélice, este principio se voltea; un flujo o aire o líquido desplaza las cuchillas haciendo que giren el eje.

Las turbinas eólicas se usan ampliamente en todo el mundo para aprovechar la energía eólica para generar electricidad, operar molinos o bombear agua. Las turbinas de hélice impulsadas por el viento pueden ser de diseño de eje horizontal o vertical. La variante más fácilmente reconocible es la turbina de eje horizontal que incluye molinos de viento tradicionales y generadores eólicos con hélices de tipo avión. Igualmente efectivas son la nueva generación de diseños de eje vertical que presentan paletas planas o curvas que impulsan un eje vertical. Estos incluyen la veleta curva Savonius, la veleta plana Giromill y los distintivos tipos "batidor de huevo" de Darrieus.

Las turbinas horizontales más antiguas requieren que la cabeza de la turbina se mantenga girada hacia el viento en todo momento. En el caso de ejemplos más pequeños, un simple timón estilo veleta gira la cabeza de turbina giratoria. Las turbinas más grandes utilizan un sistema de sensores de viento y servomotores para mantener la hélice convertida en viento. La mayoría de los diseños de turbinas de hélice impulsadas por el viento utilizan una caja de engranajes para impulsar el generador o la manivela de la bomba a la velocidad correcta.

Las turbinas de hélice impulsadas por agua se asocian comúnmente con grandes plantas de generación hidroeléctrica, aunque hay varias aplicaciones industriales y agrícolas más pequeñas. Estas turbinas funcionan de la misma manera que sus hermanos impulsados ​​por el viento, aunque su diseño básico difiere sustancialmente. Estas máquinas son generalmente mucho más grandes y presentan diseños de cuchillas que son típicamente más cortas que las variantes impulsadas por el viento. La más común de estas turbinas accionadas por agua más grandes es la turbina Kaplan. Las turbinas Kaplan son unidades de reacción de baja carga y alto flujo que se utilizan en la mayoría de las grandes instalaciones hidroeléctricas.

La variante de Kaplan presenta cuchillas ajustables de paso que conducen a niveles de eficiencia que generalmente superan el 90 por ciento en una amplia gama de niveles de agua y condiciones de flujo. Una gran parte de la eficiencia se logra mediante una ruta de flujo de agua cuidadosamente diseñada que hace que el fluido de salida se desacelere. Esta desaceleración conduce a una transferencia de la cantidad máxima de energía cinética al mecanismo de la hélice. Las turbinas Kaplan pueden producir potencias de 100 megavatios (100,000,000 vatios) o más.

La turbina de la hélice aprovecha las fuentes de energía que son renovables y gratuitas o extremadamente baratas en comparación con las opciones de combustibles fósiles. Los avances en las tecnologías utilizadas en estos dispositivos amplían continuamente los límites de su eficiencia y capacidad, y pueden llegar a ser un reemplazo viable para el combustible convencional en el futuro cercano. La tecnología de turbina de hélice también se está volviendo cada vez más accesible, lo que mejora aún más su papel en el ámbito de un escenario de suministro de energía más limpio y ecológico.