(Revista ELECTRICIDAD) En la actualidad, en Chile las centrales hidroeléctricas catalogadas como medio de generación renovable no convencional representan 1,2% del total instalado en Chile. La Ley 20.257 indica que una central hidroeléctrica cuya potencia sea menor a 20 MW, es considerada dentro de las fuentes de Energía Renovable No Convencional (ERNC), siendo denominada usualmente como Pequeña Central Hidroeléctrica (PCH). De acuerdo a cifras del Centro de Energías Renovables (CER), en 2011 la potencia instalada en base a esta tecnología alcanzó 177,7 MW en el SIC; 14,9 MW en el SING; y 20,4 MW en el Sistema Eléctrico de Aysén. La Tabla 1 resume el estado actual de las centrales de este tipo en el sistema eléctrico nacional, de acuerdo a estadísticas del pasado mes de abril.
Clasificación de Pequeñas Centrales Hidráulicas
Para fines regulatorios se clasifica a este tipo de centrales según su potencia instalada, destacando dos tipos de generación con estas propiedades: mini hidráulica y micro hidráulica. Actualmente el CER considera como microcentrales a aquellos equipos que proveen energía en potencias menores a 300 kW y en sistemas aislados de la red eléctrica, de acuerdo a la definición de la Asociación Internacional de Energía (IEA, por su sigla en inglés). A su vez, una sub-clasificación de las microcentrales las agrupa en fijas y portátiles. En la Tabla 2 se muestran algunos valores característicos según referencias internacionales, las cuales deben ser evaluadas para cada proyecto particular de acuerdo a las condiciones locales. Específicamente, las estimaciones de la IEA destacan la alta sensibilidad de los costos de inversión a la localización del proyecto.
Tipos de Turbinas
El gran impulso de la innovación en métodos de conversión hidromecánica se produce con el desarrollo de las turbinas. En la actualidad existe una variedad de diseños para este tipo de equipos cuya distinción principal es la forma en que se adaptan a las condiciones de caudal y altura disponibles en el sitio de emplazamiento, y la eficiencia con la que se realiza la conversión de energía.
Existen dos modelos de operación para las turbinas: de impulso y de reacción , las cuales difieren en el método de rotación de sus palas. Dentro de las turbinas de impulso se encuentran las Pelton, Turgo y Michell-Banki (o de flujo cruzado), cuyas principales características se describen a continuación:
• Turbina Pelton: Consiste de tres partes: inyector, rotor y carcasa. El rotor puede ser de una sola pieza o bien ensamblado, posee uno o más inyectores, cuyos chorros libres inciden sobre una serie de cucharas montadas sobre la periferia de un disco. El torque es generado por la deflexión del chorro en las cucharas del rotor.
• Turbina Turgo: Es similar a la Pelton, pero sus álabes tienen una forma y disposición distintas. El chorro de agua incide generalmente con un ángulo de 20º respecto al plano diametral del rodete, ingresando por un lado del disco y saliendo por el otro. A diferencia de la Pelton, en la turbina Turgo el chorro incide simultáneamente sobre varios álabes. Su menor diámetro conduce a una menor velocidad angular, lo que facilita su acoplamiento directo al generador.
• Turbinas de flujo cruzado: Consta de dos elementos principales: un inyector y un rotor. El rotor está compuesto por dos discos paralelos a los cuales van unidos los álabes curvados en forma de sector circular. El inyector dirige el agua hacia el rotor a través de una sección que toma una determinada cantidad de álabes del mismo y guía el flujo para que ingrese con cierto ángulo, optimizando el aprovechamiento de la energía.
En una turbina de reacción, en cambio, la presión del agua actúa directamente sobre los álabes del rodete, disminuyendo su valor a medida que avanza en su recorrido. Al estar el rodete completamente sumergido y sometido a la presión del agua, la carcasa que lo protege debe ser lo suficientemente robusta para soportarla. Se clasifican de la siguiente forma:
• Turbinas Francis: Son turbinas de flujo radial y admisión total, muy usadas en saltos de altura media, equipadas con un distribuidor de álabes regulables y un rodete de álabes fijos. Los álabes distribuidores regulan el caudal que entra en el rodete, y usualmente están conectados al sistema de regulación, el cual lleva el caudal de la misma forma que el inyector en una turbina Pelton.
• Turbinas Kaplan y tipo hélice: Son turbinas de reacción de flujo axial. Los álabes del rodete en las Kaplan son siempre regulables, mientras que los de los distribuidores pueden ser fijos o regulables. Si sólo los rodetes son regulables se habla de una turbina semi-Kaplan. Para su regulación, los álabes del rodete giran alrededor de su eje, accionados por unas manivelas, que son solidarias a unas bielas articuladas a una cruceta, que se desplaza hacia arriba o hacia abajo por el interior del eje hueco de la turbina.
La selección de la mejor turbina para un proyecto particular depende de una variedad de factores, dentro de los cuales destacan las características del recurso hídrico (caída y caudal), la velocidad de rotación deseada para el generador y otros equipos, y las condiciones de operación bajo valores nominales . Los rangos aproximados de factibilidad de cada tipo de turbina, según el caudal y caída, se muestran en la Figura 2 para potencias menores a 500 kW. El diagrama muestra que las turbinas Francis pueden operar en un amplio margen de alturas, mientras que las turbinas Pelton y Turgo son recomendadas para instalaciones con mayores caídas. En el otro extremo, las turbinas Kaplan y tipo hélice son recomendadas para altos caudales y baja altura. Considerando estos valores, las rectas de potencia permiten visualizar qué opción es la más adecuada.
Fuente / Revista ELECTRICIDAD