Kaplan Turbina: Abiadura Baxuko Ur-fluxurako Irtenbiderik Onena
Energia hidroelektrikoaren sorkuntzaren (PLTA) munduan, ez daude toki guztietan ibai azkarrek edo ur-jauzi handiak. Eremu askok ur-emari nahiko motelak dituzte, baina haien isurketa handia eta egonkorra da urte osoan zehar. Baldintza hauetan bihurtzen da Kaplan turbina aukera nabarmena. Turbina hau abiadura txikiko ur-emaria eta jauzi ertainak erabiltzeko teknologiarik eraginkorrenetako bat bezala ezagutzen da, eta hainbat eremutan aplikatzeko egokia da, besteak beste, behe-lurraldeko ibaietan eta ureztatze-kanaletan.
Kaplan turbina ezagutzea
Kaplan turbina erreakzio-turbina mota bat da, uraren presioaren eta fluxu-abiaduraren aldaketak erabiliz funtzionatzen duena korrikalari bat (turbina-gurpila) birarazteko. Viktor Kaplanek garatu zuen turbina hau lehen aldiz XX. mendearen hasieran. Kaplan diseinuaren abantaila nagusia korrikalariaren helize-itxurako forman eta pala-angelu erregulagarrian datza. Pala-angelua aldatzeko gaitasunari esker, turbinak eraginkortasun handia mantentzen du ur-fluxuaren gorabeherak izan arren.
Oro har, Kaplan turbinak oso erabiliak dira ur-jauzi txikiko (2-30 metro inguru) eta isurketa handiko zentral hidroelektrikoetan. Pelton turbinak, ur-jauzi handietarako egokiak direnak, edo Francis turbinak, ur-jauzi ertainetarako malguagoak direnak, ez bezala, Kaplan turbinak "patuak" dira energia potentziala maximizatzeko fluxu ez hain azkarretan.
Kaplan turbinaren funtzionamendu printzipioa
Kaplan turbinaren funtzionamendu-printzipioa ura turbinaren karkasara sartzen denean hasten da, sarrera-kanaletik edo hodi-zulotik. Ondoren, ura ate txikietatik (gidari-palak) igarotzen da, eta hauek emaria erregulatzen dute eta fluxua angelu egokian zuzentzen dute. Ondoren, urak korronteari jotzen dio, biratzea eraginez.
Kaplan turbina helize arrunt batetik bereizten duena bi kontrol mekanismo egotea da:
1. Ate txikiaren ezarpena: sartzen den ur kantitatea kontrolatzen du.
2. Korrikalariaren palaren angelua doitzea: palaren angelua aldatzea, fluxuaren norabiderako beti optimoa izan dadin.
Konbinazio honek, erregulazio bikoitz gisa ezagutzen denak, Kaplan turbina bereziki hobea egiten du ibaien emaria urtaroen edo funtzionamendu-baldintzen ondorioz gorabeherak dituenean.
Korrikalaria biratu ondoren, ura hodi batetik irteten da. Hodiak presio-energiaren zati bat berreskuratzen laguntzen du eta turbinaren eraginkortasun orokorra handitzen du. Sistema honek uraren energiaren erabilera maximizatzen du presioa berreskuratzen ez duten diseinuekin alderatuta.
Zergatik da egokia Kaplan turbina abiadura baxuko fluxuetarako?
Abiadura txikiko ur-fluxua normalean goi-maila txikiarekin korrelazionatzen da. Goi-maila txikian, uraren energia potentziala ez da oso altua, beraz, ur-bolumen handi batetik (isuria) potentzia handia sortzeko gai den sistema bat behar da. Kaplan turbina horretarako diseinatuta dago.
Kaplan baldintza hauetan bikain jokatzeko arrazoi nagusietako batzuk:
– Eraginkortasun handia ur-jauzi txikian: Kaplanek eraginkortasun handiak lor ditzake (askotan % 90 baino gehiago diseinu-baldintzetan) bere diseinuak energia-galerak murrizten dituelako.
– Optimoa emari handian: zenbat eta emari handiagoa izan, orduan eta eraginkorragoa da Kaplan-en funtzionamendua, baldin eta kanalaren eta korridorearen diseinua egokia bada.
– Karga-aldaketen aurrean erresistentea: erregulazio bikoitzeko mekanismoak turbina egonkor eta eraginkorra izaten laguntzen du emaria aldatzen denean.
Horrela, kokapen batek ibai zabala, etengabeko isurketa, baina ur-jauzirik edo kota-alde handirik ez duenean, Kaplan da askotan irtenbide ekonomikoena eta teknikoena.
Kaplan turbinaren osagai nagusiak
Kaplanen errendimendua ulertzeko, garrantzitsua da bere osagai nagusiak ezagutzea:
1. Korrikalaria (turbina-helizea)
Normalean, 3 eta 6 pala artean izaten ditu, tamainaren eta beharren arabera. Palak beren ardatzean biratu daitezke angelua doitzeko.
2. Ate txikia / gida-paleta
Sarrerako emaria kontrolatzen eta ura korrikalarirantz bideratzen duten gida-palen ilara bat.
3. Zirriborro-hodia
Irteerako fluxua moteldu eta energia zinetikoa presio-energia bihurtzen duen kanal bat, horrela eraginkortasuna handituz.
4. Ardatza
Korrikalaria sorgailura konektatzea. Bertikala edo horizontala izan daiteke, nahiz eta eredu bertikala erabiliagoa den edukiera handietarako.
5. Kontrol eta eragingailu sistemak
Automatikoki erregulatzen du korrikalari-palen eta ate txikiaren mugimendua sorgailuaren deskargaren eta kargaren arabera.
Kaplan turbinaren abantailak
Kaplan turbina baldintza batzuetarako "txapeldun" gisa ezagutzen da. Hona hemen aukera ezagun bihurtzen duten abantaila batzuk:
– Eraginkortasun handia funtzionamendu-eremu zabal batean
Korridorearen palak doi daitezkeenez, turbina eraginkorra izaten jarraitzen du emari-tasa sorta zabal batean.
– Zentral hidroelektriko handi eta txikietarako egokia
Kaplan ez da presa handietarako bakarrik; eskala txikiagoko bertsioak ureztatze-kanaletan edo ateetan aplika daitezke.
– Karga aldaketei erantzun azkarra
Kontrol sistemak turbinari elektrizitate eskariaren aldaketetara modu egonkorrean egokitzea ahalbidetzen dio.
– Emari txikikoentzat egokiagoa
Beste turbinekin alderatuta, Kaplan-ek energia gehiago “estutzen” du abiadura gutxiagoko uretatik.
Erronkak eta desabantailak
Bere abantailak gorabehera, Kaplan turbinak hainbat erronka ere baditu:
– Hasierako kostuak nahiko altuak dira
Pala doitzeko mekanismo eta kontrol sistema konplexuago baten existentzia dela eta.
– Mantentze-lan konplexuagoak
Mugitzen diren pieza gehiagok aldizkako ikuskapena, lubrifikazioa eta kalibrazioa behar dituzte.
– Kabitazioarekiko sentikorra diseinu/funtzionamendu desegokia bada
Presio baxuetan, lurrun-burbuilak sor daitezke eta palaren gainazalak kaltetu. Beraz, tira-hodiaren diseinua eta funtzionamendu-ezarpenak arretaz kontuan hartu behar dira.
- Fabrikazio-kalitate handia eskatzen du
Pala zehaztasunez mugitu ahal izateko eta korrosioarekiko eta higadurarekiko erresistentea izan dadin.
Hala ere, isurketa handia eta ur-jauzi txikia duten proiektuetan, epe luzerako eraginkortasunak eta energia-ekoizpenaren irabaziek hasierako kostu handiagoak gainditzen dituzte askotan.
Kaplan Turbinen Aplikazioak Eremuan
Kaplan turbinak oso erabiliak dira honako hauetan:
– Ibai-isuriko energia hidroelektrikoa (urtegi handirik gabe) behe-luretako ibaietan.
– Ur-jauzi txikia baina isurketa handia duen presa.
– Ureztatze-kanaletan mini-zentral hidroelektrikoen proiektua.
– Estuarioen edo emari egonkorra duten ubideen ondoko zentral elektrikoak.
Indonesiako testuinguruan, ibai handi asko eta ureztatze sare zabala dituenez, Kaplan turbinen aplikazio potentziala nahiko handia da, batez ere urruneko eremuak elektrifikatzeko, emari txikiak baina koherenteak erabiltzen dituzten mini zentral hidroelektrikoekin.
Ondorioa
Kaplan turbinak irtenbide bikaina dira abiadura txikiko ur-fluxuetarako, batez ere ur-maila txiki edo ertainak eta isurketa handiak dituzten sistemetan. Beren errodadura-diseinu erregulagarriari eta erregulazio-mekanismo bikoitzari esker, Kaplan turbinek eraginkortasun handia mantentzen dute funtzionamendu-baldintza sorta zabal batean. Eraikuntza- eta mantentze-kostuak beste turbina mota batzuk baino handiagoak izan ohi diren arren, haien epe luzeko errendimenduak inbertsioa merezi du askotan.
Azken finean, energia hidroelektrikorako turbina aukeratzea ez da neurri bakarreko ikuspegia; kontuan hartu behar dira ur-maila altuera, emaria, urtaroen aldaketak eta potentzia-beharrak. Hala ere, ur-emari moderatua baina ugaria dagoenean, Kaplan turbina ia beti da irtenbide logikoena eta eraginkorrena.
