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 ("Turbina de chorro libre" 1922, Patente Imperial N.º 361593 y la "Turbina de flujo cruzado" 1933, Patente Imperial N.º 615445), y fabricó esta turbina como un producto estándar. Hoy en día, la empresa fundada por Ossberger 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 transversalmente, o a través de las aspas de la turbina. Al igual que con una rueda hidráulica , el agua ingresa por el borde de la turbina. Después de pasar al interior del rodete, sale por el lado opuesto, hacia afuera. Pasar por el rodete dos veces proporciona una eficiencia adicional . Cuando el agua sale del rodete, también ayuda a limpiarlo de pequeños desechos y contaminación. La turbina de flujo cruzado es una máquina de baja velocidad que es muy adecuada para lugares con poca altura pero alto caudal.
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 suelen construirse 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 suelen construirse con volúmenes en proporciones de 1:2. La unidad de regulación subdividida, el sistema de álabes guía en la sección aguas arriba de la turbina, proporciona un funcionamiento flexible, con un rendimiento del 33, 66 o 100 %, según el caudal. La construcción relativamente sencilla de la turbina permite obtener bajos costes de funcionamiento.
La turbina consiste en una rueda hidráulica cilíndrica o rodete con un eje horizontal, compuesto por numerosas palas (hasta 37), dispuestas radial y tangencialmente. Los bordes de las palas están afilados para reducir la resistencia al flujo de agua. Una pala está hecha con una sección transversal parcialmente circular (tubo cortado en toda su longitud). Los extremos de las palas están soldados a discos para formar una jaula como la de un hámster y a veces se las llama "turbinas de jaula de ardilla"; en lugar de las barras, la turbina tiene las palas de acero en forma de artesa.
El agua fluye primero desde el exterior de la turbina hacia el interior de la misma. El grupo regulador, en forma de paleta o lengüeta, varía la sección transversal del flujo. El chorro de agua se dirige hacia el rodete cilíndrico mediante una tobera . El agua entra en el rodete con un ángulo de unos 45/120 grados, transmitiendo parte de la energía cinética del agua a las paletas 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 palas. La admisión de agua a las dos boquillas se regula mediante dos álabes guía con forma. Estos dividen y dirigen el caudal de modo que el agua entre en el rodete de forma uniforme para cualquier ancho de abertura. Los álabes guía deben sellarse a los bordes de la carcasa de la turbina de modo que cuando el agua esté baja, puedan cortar el suministro de agua. Por lo tanto, los álabes guía actúan como válvulas entre la tubería de carga y la turbina. Ambos álabes 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-rodillo-eje) garantiza la eficacia del chorro de agua. El agua actúa sobre el rodete dos veces, pero la mayor parte de la potencia se transfiere en la primera pasada, cuando el agua entra en el rodete. Solo 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 los dos chorros de agua en el rodete no se afecten entre sí. Sin embargo, es esencial que la turbina, la altura de elevación y la velocidad de la turbina estén armonizadas.
La turbina de flujo cruzado es del tipo de impulsión, 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 carga variable. Con un rodete dividido y una cámara de turbina, la turbina mantiene su eficiencia mientras el flujo y la carga varían de 1/6 al máximo.
Las turbinas de flujo cruzado, debido a su bajo precio y buena regulación, se utilizan mayormente en unidades mini y microhidroeléctricas de menos de mil kW y con caídas inferiores a 200 m (660 pies).
En particular, en el caso de las pequeñas centrales de pasada , la curva de eficiencia plana ofrece 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 elevadas, 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 muy adecuada para la producción de electricidad sin supervisión. Su construcción sencilla hace que su mantenimiento sea más sencillo que el de otros tipos de turbinas: sólo se necesitan 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 se puede limpiar por sí sola. A medida que el agua sale del rodete, las hojas, la hierba, etc. no se quedan en el rodete, lo que evita las pérdidas. Por lo tanto, aunque la eficiencia de la turbina es algo menor, es más confiable que otros tipos. Normalmente no es necesaria la limpieza del rodete, por ejemplo, por inversión del flujo o variaciones de la velocidad. Otros tipos de turbinas se obstruyen más fácilmente y, en consecuencia, enfrentan pérdidas de potencia a pesar de tener eficiencias nominales más altas.