Una turbina de flujo cruzado , turbina Bánki-Michell o turbina Ossberger [1] es una turbina hidráulica desarrollada por el australiano Anthony Michell , el húngaro Donát Bánki y el alemán Fritz Ossberger. Michell obtuvo patentes para el diseño de su turbina en 1903, y la empresa fabricante Weymouth la fabricó durante muchos años. La primera patente de Ossberger se concedió en 1933 ("Free Jet Turbine" 1922, Patente Imperial No. 361593 y "Cross Flow Turbine" 1933, Patente Imperial No. 615445), y fabricó esta turbina como un producto estándar. Hoy en día, la empresa fundada por Ossberger y que lleva su nombre es el fabricante líder de este tipo de turbinas.
A diferencia de la mayoría de las turbinas hidráulicas , que tienen flujos axiales o radiales, en una turbina de flujo cruzado el agua pasa a través de la turbina de manera transversal, o a través de los álabes de la turbina. Al igual que en una rueda hidráulica , el agua entra por el borde de la turbina. Después de pasar al interior del corredor, éste sale por el lado opuesto, dirigiéndose hacia afuera. Pasar dos veces por el corredor proporciona eficiencia adicional . Cuando el agua sale del corredor, también ayuda a limpiarlo de pequeños residuos y contaminación. La turbina de flujo cruzado es una máquina de baja velocidad que es muy adecuada para ubicaciones con una altura baja pero un flujo alto.
Aunque la ilustración muestra una boquilla para simplificar, la mayoría de las turbinas de flujo cruzado prácticas tienen dos, dispuestas de manera que los flujos de agua no interfieran.
Las turbinas de flujo cruzado a menudo se construyen como dos turbinas de diferente capacidad que comparten el mismo eje. Las ruedas de la turbina tienen el mismo diámetro, pero diferentes longitudes para manejar diferentes volúmenes a la misma presión. Las ruedas subdivididas generalmente se construyen con volúmenes en proporciones de 1∶2. La unidad de regulación subdividida, el sistema de paletas guía en la parte anterior de la turbina, ofrece un funcionamiento flexible con un rendimiento del 33, 66 o 100 %, dependiendo del caudal. Se obtienen bajos costos operativos gracias a la construcción relativamente simple de la turbina.
La turbina consta de una rueda hidráulica o rodete cilíndrico de eje horizontal, compuesta por numerosas palas (hasta 37), dispuestas radial y tangencialmente. Los bordes de la hoja están afilados para reducir la resistencia al flujo de agua. Se fabrica una cuchilla de sección transversal parcialmente circular (tubo cortado en toda su longitud). Los extremos de las palas están soldados a discos para formar una jaula similar a la de un hámster y, a veces, se les llama "turbinas de jaula de ardilla"; En lugar de las barras, la turbina tiene palas de acero en forma de artesa.
El agua fluye primero desde el exterior de la turbina hacia su interior. La unidad reguladora, con forma de paleta o lengüeta, varía la sección transversal del flujo. El chorro de agua se dirige hacia el canal cilíndrico mediante una boquilla . El agua ingresa al corredor en un ángulo de aproximadamente 45/120 grados, transmitiendo parte de la energía cinética del agua a las palas cilíndricas activas.
El dispositivo regulador controla el caudal en función de la potencia necesaria y del agua disponible. La proporción es que (0-100 %) del agua se admite en 0-100 % × 30/4 aspas. La entrada de agua a las dos boquillas se regula mediante dos paletas guía perfiladas. Estos dividen y dirigen el flujo para que el agua entre suavemente en el canal para cualquier ancho de abertura. Las paletas guía deben sellarse a los bordes de la carcasa de la turbina para que cuando el nivel de agua esté bajo, puedan cortar el suministro de agua. Por lo tanto, las paletas guía actúan como válvulas entre la compuerta y la turbina. Ambas paletas guía se pueden ajustar mediante palancas de control a las que se puede conectar un control automático o manual.
La geometría de la turbina (boquilla-corredor-eje) asegura que el chorro de agua sea eficaz. El agua actúa sobre el corredor dos veces, pero la mayor parte de la potencia se transfiere en la primera pasada, cuando el agua ingresa al corredor. Sólo 1 ⁄ 3 de la potencia se transfiere al rodete cuando el agua sale de la turbina.
El agua fluye a través de los canales de las palas en dos direcciones: de afuera hacia adentro y de adentro hacia afuera. La mayoría de las turbinas funcionan con dos chorros, dispuestos de manera que dos chorros de agua en el rodete no se afecten entre sí. Sin embargo, es esencial que la turbina, la altura y la velocidad de la turbina estén armonizadas.
La turbina de flujo cruzado es del tipo de impulso, por lo que la presión permanece constante en el rodete.
La eficiencia máxima de una turbina de flujo cruzado es algo menor que la de una turbina Kaplan , Francis o Pelton . Sin embargo, la turbina de flujo cruzado tiene una curva de eficiencia plana bajo cargas variables. Con rodete dividido y cámara de turbina, la turbina mantiene su eficiencia mientras el caudal y la carga varían de 1/6 al máximo.
Dado que tienen un precio bajo y una buena regulación, las turbinas de flujo cruzado se utilizan principalmente en unidades mini y micro hidroeléctricas de menos de mil kW y con alturas inferiores a 200 m (660 pies).
Especialmente en el caso de pequeñas plantas de pasada , la curva de eficiencia plana produce un mejor rendimiento anual que otros sistemas de turbinas, ya que el agua de los ríos pequeños suele ser menor en algunos meses. La eficiencia de una turbina determina si se produce electricidad durante los períodos en que los ríos tienen caudales bajos. Si las turbinas utilizadas tienen eficiencias pico altas, pero se comportan mal a carga parcial, se obtiene un rendimiento anual menor que con turbinas que tienen una curva de eficiencia plana.
Debido a su excelente comportamiento con cargas parciales, la turbina de flujo transversal es ideal para la producción de electricidad desatendida. Su construcción sencilla hace que su mantenimiento sea más fácil que otros tipos de turbinas; sólo se deben mantener dos cojinetes y sólo hay tres elementos giratorios. El sistema mecánico es sencillo, por lo que las reparaciones pueden ser realizadas por mecánicos locales.
Otra ventaja es que a menudo puede limpiarse solo. A medida que el agua sale del corredor, las hojas, pasto, etc. no quedarán en el corredor, evitando pérdidas. Por tanto, aunque la eficiencia de la turbina es algo menor, es más fiable que otros tipos. Normalmente no es necesaria ninguna limpieza del canal, por ejemplo mediante inversión del flujo o variaciones de la velocidad. Otros tipos de turbinas se obstruyen más fácilmente y, en consecuencia, enfrentan pérdidas de energía a pesar de eficiencias nominales más altas.