Thread by @Bernardieux

Ese Personal! Como de costumbre, me voy a permitir insistir en la relevancia de lavarse las manos, y usar un tapabocas. Ya sé que se lo saben de memoria y que muy posiblemente los tenga yo hasta la madre, pero lo primero implica que ustedes no se contagian por tocar cosas y luego

tocar sus caras tan monas, y lo segundo que, si están enfermos, no van por ahí contagiando a Ese Personal que está alrededor, así que anden... tengan un poco de abuela y sean responsables.

Luego, mientras escucho “I hate Myself For Loving You”, de Joan Jett, pensaba yo que,

con esto de que últimamente se habla mucho de las hidroeléctricas y de las glorias y bondades que tienen, y además mi maestro vicf7 se escribió un hilazo sobre los aspectos “gruesos” del asunto,

https://twitter.com/vicfc7/status/1315051246588436486?s=20

igual no era mala idea hablar de esas maravillas que son las turbinas de agua, que son desde hace un chingo de tiempo una de las formas más efectivas de aprovechar la energía del agua para generar trabajo y son buenas, bonitas y baratas.

Verán ustedes: la palabra “turbina”

viene del griego “turbin”, que significa “remolino”, y hay varios tipos distintos, pero todas funcionan bajo el principio de aprovechar la potencia del flujo del agua para transmitirla a las palas (o “álabes”) y con eso producir “trabajo”.

Un buen ejemplo de las primeras

aplicaciones de esto es la forma en que los romanos cortaban piedra hace chingocientos años. Según parece, en tiempos del Imperio Romano, dos galanes llamados Minimvs Magnanimvs y Alaprimvs Selearrimvs (nombres escritos en Romano) que diseñaron un aparatazo que les pongo aquí 👇

El artilugio ese funcionaba con una rueda de molino (movida por agua), que movía una reductora... -eso que ven en el dibujo es una especie de caja de velocidades de una sola relación, o “direct drive”. El trabajo de esa caja era hacer girar dos ejes para mover un sistema de

palancas de forma sincronizada, y de esta forma, transformaban movimiento circular en movimiento lineal para cortar mármol... nomás para que vean que aparentemente, esos pinshis Romanos no estaban tan majaretas como dicen Asterix y Obelix (¡¡por Belenos!!).

Pero regresando a las hidroeléctricas -y como todos saben- una turbina de agua funciona dirigiendo el agua hacia las palas (o “álabes”), y ejerciendo fuerza sobre ellos. Como la turbina “gira” (DUH!... por claro que gira, pinche Bernardieux tarugo...

¿qué no entendiste que “turbina” significa “remolino”?) el eje está conectado a un generador, y voilá... electricidad obtenida a través de la fuerza del agua.

El asunto es que, cuando alguien se fijó que la electricidad podía usarse en muchos procesos industriales para hacerlos

más eficientes, se hizo necesario buscar fuentes eficientes de movimiento para que los generadores trabajaran mejor, y a un costo razonable (los motores de combustión interna eran muy ineficientes entonces).

Y aquí hay que hacer otro paréntesis histórico para agradecerles

a Don Michael Faraday -el de la jaula- por diseñar el dínamo (el primer generador eléctrico del mundo) y al buen Don Antonio Paciontti por diseñar las bobinas de forma toroidal que hicieron los dínamos más eficientes. Ambas invenciones son la base de los generadores modernos.

Por cierto, una forma “toroidal” es básicamente una dona (perdón a los expertos que pudieran leer esto... fue la ocurrencia más simple), así que la próxima vez que vayan a la panadería, pídanle al panadero 5 formas toroidales de chocolate...

Y vean qué cara pone 😂

Pero en lo que estábamos... al final, como los molinos de agua y viento han estado ahí por siglos, no pasó mucho tiempo para que a una bola de señores se les ocurrieran distintos tipos de turbinas para hacer girar los generadores. Aquí les cuento los más comunes:

La primera turbina de agua “seria” la inventó Johann Segner, que vivía en Hungría. Este Don diseñó la “rueda Segner” o “turbina Segner” (imagen de [e-mail]).

Esta turbina funciona haciendo pasar agua a través de un tubo (a) a un alimentador vertical (b) que está en un agujero (e). El tubo tiene dos “toberas” al final (c) por las que sale el agua a una presión más alta que la de la entrada, produciendo movimiento rotatorio (d).

Este movimiento se transmite a un sistema de poleas (f), que acciona un “dispositivo” (g). Según parece, todavía hay alguna de estas en operación por ahí. Se usaron para varias aplicaciones, y básicamente son las precursoras de las turbinas modernas.

Hubo otros diseños muy eficientes, que fueron desarrollados y mejorados por el buen James B. Francis, que además es el creador de mucha de la teoría sobre diseño de turbinas de agua, y que le da nombre a la turbina más usada en el mundo. Enter su majestad, la turbina Francis.

Aunque las hay bastante más pequeñas, el animal que ven en la foto de la izquierda (Grand Coulee Dam, USA) puede producir nada mas 1 millón de HP (20,000 veces la potencia de mi go-kart... algo así como 750MW). A la derecha, uno de los rotores de la presa Three Gorges, en China.

Muéranse de risa con el tamaño de la raza que está cerca de los juguetitos. Estas funcionan haciendo pasar el agua “de afuera hacia adentro” a través de una tubería espiral que envuelve la turbina, y luego al agua se va por debajo.

En el diagrama se puede ver el arreglo generador/turbina (en rojo), la sección de la tubería espiral (los círculos azules a los lados... noten que el de la derecha tiene un diámetro menor) y luego la salida del agua.

Los elementos verdes y amarillos son motores, válvulas, sellos

mecánicos y controles diversos para operar el aparatito con toda seguridad, porque la turbina sólo puede girar hasta cierta velocidad (normalmente no más de 1000 RPM).

Otro tipo muy común es la turbina Kaplan, inventada -lógicamente- por un austríaco llamado Viktor Kaplan

(no, Ese Personal... él no tuvo nada que ver en el nombramiento de Maximiliano). Estas son básicamente una hélice como las de los barcos, a la que se le puede cambiar el ángulo de incidencia de las palas para asegurar que la turbina siempre funciona de la forma más eficiente en

rangos de flujo muy amplios, siempre que haya un nivel de agua mínimo. Como las Francis, son unas auténticas maravillas de durabilidad y eficiencia, pero no producen más de 200MW, y giran bastante más despacio (alrededor de 450RPM máximo).

Igual que en el diagrama anterior, el arreglo del rotor (turbina) está en rojo, las entradas/salidas de agua en azul, y los elementos verdes y amarillos son de control. Hay ahí un bato dibujado para que no vayan a creer que esto es como las hélices del yate que tengo aquí

en la Marina de Dubai... la chingadera es bastante más grandecita.

Otro de los modelos más utilizados son las turbinas Pelton. Estas son muy diferentes, porque son verticales, y funcionan inyectando agua a alta presión contra una serie de “cucharas” fijas al rotor central.

Son muy eficientes y relativamente fáciles de mantener porque el principio de operación es muy simple. La velocidad de la turbina se controla regulando la presión del flujo de los inyectores.

Aquí mero está el diagrama que el buen Señor Lester Allan Pelton, oriundo de la localidad de Vermillion, Ohio, en el país del Orange Monster, utilizó para el registro de la patente 👇

Como pueden ver, son las más parecidas a un molino de agua convencional, y también aguantan el piano. La onda es que no se pueden fabricar muy grandes, porque a mayor peso se necesita más presión para moverlas, pero son unas chingonadas en centrales pequeñas.

Hasta aquí todo muy bonito, pero algún problema tiene que haber ¿no? Y sí. El principal problema es que ninguna turbina puede producir electricidad todo el tiempo, porque se necesitan determinadas condiciones mínimas para que funcionen de manera óptima (es decir, son súper

aguantadoras, pero hacerlas operar fuera de condiciones mínimas las daña machín). Esto en automático significa que, por muchas ganas que le echen, si no hay demanda hay que pararlas, o disminuir la carga para no darles en la torre.

Eso implica usar menos agua, pero también que

la que sobra tiene que irse a algún lado, o sea, hay que desfogar la presa, por ejemplo, o dejar que se llene, y ambas cosas son contraproducentes. La primera, porque significa tirar agua a lo guey si no hay infraestructura para usarla en otra cosa (aunque no es verdad que eso

causa inundaciones a propósito... los desfogues se pueden calcular casi casi al litro), y la segunda, que las cortinas y la infraestructura de control que está adentro (compuertas y etc.) pueden dañarse.

Luego el asunto tiene sus cosas curiosas. Por ejemplo, en verano o en

época de sequía, que es cuando más demanda eléctrica hay (aires acondicionados, sistemas de refrigeración, etc.), no se pueden usar al 100% de capacidad porque no hay agua... interesante ¿no?

Total, que todo este pasquín es sólo para explicar con algo de detalle cómo

funcionan las turbinas de agua más comunes, pero sobre todo para aclarar también que un sistema hidrológico -el que sea- no funciona nomás “abriéndole y cerrándole” a lo guey, sino todo lo contrario. Es bastante complicado de operar, y aunque sea barato y eficiente,

es un sistema caro de mantener (aunque quizás esto no es necesariamente una desventaja, siempre que las estrategias de gestión del agua sean las adecuadas al entorno de cada presa, para evitar problemas de abasto/consumo).

Así que las turbinas de agua son unos súper equipos, pero dependen, como en todos los casos, de una estrategia adecuada, y del uso inteligente de recursos para que los ssitemas que soportan funcionen bien.

Como siempre, si fueron tan amables de leer hasta aquí, les agradezco desde el fondo del corazón, Ese Personal, y sigo diciendo que son la pura neta.

(Este hilo va además con agradecimiento especial a La Pantera Rosa, que me cae de maravilla por buena gente).