1. ¿Qué es una turbomáquina y cómo se clasifica?

Una turbomáquina es un dispositivo mecánico que intercambia energía entre un fluido y un rotor que gira. Este intercambio puede ser para extraer energía del fluido (como en una turbina) o para entregársela (como en una bomba o compresor). Se clasifican en motrices (como las turbinas) y generatrices (como las bombas).

2. ¿Cuál es la diferencia entre turbomáquinas motrices y generatrices?

• Turbomáquinas motrices: convierten la energía del fluido en energía mecánica. Ejemplo: turbinas hidráulicas o de vapor.

• Turbomáquinas generatrices: convierten energía mecánica en energía del fluido. Ejemplo: bombas, ventiladores, compresores.

Motrices = generan trabajo
Generatrices = consumen trabajo

3. ¿Qué función cumple una turbomáquina hidráulica en un sistema de generación de energía?

Una turbomáquina hidráulica, como una turbina hidráulica, convierte la energía del agua en movimiento (energía potencial y cinética) en energía mecánica de rotación. Esta energía se usa para mover un generador eléctrico y así producir energía eléctrica.

4. ¿Qué principio físico rige el funcionamiento de las turbomáquinas?

El principio físico principal es la conservación de la cantidad de movimiento (o cantidad de movimiento angular), expresado a través del teorema de Euler para turbomáquinas. También aplican las leyes de la termodinámica y la conservación de la masa y energía.

5. ¿Qué significa el concepto de semejanza en turbomáquinas?

La semejanza se refiere a que dos turbomáquinas (o modelos a diferente escala) se comportan de manera similar si operan bajo condiciones geométricas, cinemáticas y dinámicas equivalentes. Esto permite escalar prototipos a máquinas reales o comparar el rendimiento entre ellas.

6. ¿Qué parámetros deben mantenerse constantes para que exista semejanza entre dos turbomáquinas?

Deben conservarse proporciones geométricas, ángulos de flujo, número de Reynolds y coeficientes adimensionales como el coeficiente de flujo y el coeficiente de carga.

7. ¿Qué es una turbina hidráulica y cuál es su función principal?

Una turbina hidráulica es una turbomáquina motriz que transforma la energía del agua en energía mecánica de rotación. Su función principal es mover un generador para producir electricidad, aprovechando el flujo de agua en presas, ríos u otras fuentes hidráulicas.

8. ¿Cuáles son los principales tipos de turbinas hidráulicas?

Las principales son Pelton (acción), Francis (reacción) y Kaplan (reacción).

9. ¿Qué características distinguen a las turbinas de acción de las de reacción?

Las de acción funcionan con caída libre de agua (alta presión atmosférica), mientras que las de reacción trabajan con presión interna del fluido y requieren una carcasa hermética.

10. ¿Qué tipo de turbina es la Pelton y en qué condiciones se utiliza?

La Pelton es una turbina de acción.

Condiciones de uso:

• Se utiliza en altas caídas de agua (grandes alturas, más de 300 metros).

• Ideal cuando hay bajo caudal pero alta energía potencial.

• El chorro de agua se dirige a cucharas (álabes) en el rotor, lo que impulsa la turbina con fuerza.

11. ¿Qué características principales tiene la turbina Francis?

Es de flujo mixto (radial y axial), opera a alturas medias (50-300 m), tiene alta eficiencia (hasta 95%) y es la más utilizada en centrales hidroeléctricas.

12. ¿Qué se entiende por flujo mixto en una turbina Francis?

Que el agua entra radialmente al rotor y sale axialmente, lo que mejora la eficiencia y permite aprovechar mejor la energía hidráulica.

13. ¿Qué rangos de altura de caída y caudal requiere una turbina Francis?

Trabaja eficientemente en alturas medias, entre 50 y 300 metros, y con caudales medios a altos.

14. ¿Dónde se aplican comúnmente las turbinas Francis?

En centrales hidroeléctricas ubicadas en ríos con desniveles considerables, presas y embalses.

15. ¿Cuáles son las ventajas de una turbina Francis frente a otros tipos de turbinas?

Alta eficiencia, versatilidad en distintas condiciones hidráulicas, buena relación costo-beneficio y bajo mantenimiento.

16. ¿Qué tipo de turbina es la Kaplan y para qué tipo de caudales se utiliza?

Es una turbina de reacción axial, diseñada para bajas alturas de caída (menos de 30 m) y altos caudales. Ideal para ríos caudalosos y planos.

17. ¿Cuáles son los componentes principales de una turbina hidráulica?

Rodete (rotor), distribuidor, toberas (en turbinas de acción), carcasa, eje de transmisión, cámara espiral y tubo de aspiración.

18. ¿Qué factores afectan la eficiencia de una turbina hidráulica?

Diseño del rotor, condiciones del fluido, tipo de turbina, pérdidas por fricción, cavitación y calidad del mantenimiento.

19. ¿Cómo contribuyen las turbinas hidráulicas a la sostenibilidad energética?

Generan energía limpia y renovable. Aprovechan la energía del agua en movimiento, que es renovable (no se agota mientras haya un ciclo del agua).

20. ¿Qué innovaciones se están desarrollando actualmente en el campo de las turbomáquinas?

Mejoras en el diseño aerodinámico y materiales, control automatizado del flujo, turbinas reversibles, turbinas para microcentrales y tecnologías de baja cavitación.