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Una bomba como turbina ( PAT ), también conocida como bomba inversa , es un tipo no convencional de turbina de agua de reacción, que se comporta de manera similar a la de una turbina Francis . La función de una PAT es comparable a la de cualquier turbina , convertir la energía cinética y de presión del fluido en energía mecánica del rodete. Se comercializan comúnmente como unidades compuestas de bomba y motor/generador, acopladas por un eje fijo a una unidad de motor de inducción asíncrona . [1] [2]
A diferencia de otras máquinas convencionales que requieren ser fabricadas según las especificaciones del cliente, las bombas son un equipo muy común y ampliamente disponible en diferentes tamaños y funcionalidades en cualquier parte del mundo. Cuando se utiliza como turbina, el rotor se mueve en dirección opuesta, o inversa, a cuando funciona como bomba. De esta manera, permite que el motor genere energía eléctrica.
Las primeras menciones a la posibilidad de utilizar bombas como turbinas (PAT) se remontan a principios de la década de 1930 y están asociadas a experimentos de laboratorio realizados por Thoma y Kittredge, [3] quienes identificaron por primera vez el potencial de una bomba común para funcionar de manera bastante eficiente como turbina. invirtiendo el flujo.
Posteriormente, en la segunda mitad del siglo XX, un nuevo impulso a la investigación sobre este tema provino de la industria de fabricación de bombas. Durante este tiempo, las colaboraciones establecidas con varios institutos de investigación ayudaron a desarrollar una comprensión profunda de los fenómenos asociados con la utilización de PAT. Se hicieron esfuerzos para desarrollar métodos para predecir curvas características y de eficiencia. [4] Esto ayudó a determinar el Punto de Mejor Eficiencia (BEP) de estas máquinas, en modo turbina, y lo relacionó con sus especificaciones cuando se utiliza como bomba. [5]
La adopción de PAT tiene el potencial de hacer económicamente viables incluso potenciales hidroeléctricos en la escala "pico" (es decir, menos de 5 kW de capacidad instalada), ya que sólo cuestan una fracción de lo que cuesta una turbina hidroeléctrica convencional. [6] Ejemplos recientes de tales planes son dos plantas piloto construidas en 2019 en Irlanda y Gales. [7]
En la microhidroelectricidad de almacenamiento por bombeo (PSH), la misma bomba/PAT podría usarse para las fases de bombeo y generación [8] cambiando la dirección y velocidad de rotación. El punto de mejor eficiencia en el bombeo generalmente difiere de su modo inverso: [3] se necesitaría un variador de frecuencia acoplado al motor/generador para cambiar del modo de bombeo al modo de generación y reaccionar eficientemente a la fluctuación de carga del PSH. [8]
Entre los diseños existentes de bombas hidráulicas/PAT, las unidades "centrífugas" o "radiales" son las más utilizadas en todo el mundo en una amplia variedad de campos de aplicación. [9] El nombre se deriva de la trayectoria radial que sigue el fluido en el rotor: del centro a la periferia cuando funciona como bomba y en dirección opuesta cuando se invierte el flujo. [10] Para lograr una mayor caída de altura en toda la máquina, se pueden ensamblar más impulsores en serie para crear una unidad de múltiples etapas. Por el contrario, un diseño de bomba PAT/bomba dividida radialmente de doble flujo implica un único rotor abierto radial alimentado por dos entradas simétricas y permite procesar un caudal más alto con respecto a una unidad radial estándar. [9] Un segundo tipo de diseño de bomba/PAT es el axial, en el que el fluido interactúa con una hélice siguiendo una trayectoria paralela al eje de la bomba. Estas unidades son particularmente adecuadas para procesar caudales elevados con baja diferencia de altura. Finalmente, las bombas de flujo mixto/PAT se encuentran entre el rango de aplicabilidad de las unidades radiales y axiales y tienen un impulsor con forma similar a una turbina Francis. [10] Otro diseño especial de bomba/PAT es el de unidades sumergibles, que posiblemente pueden instalarse dentro de una tubería conectada a un tubo de tiro aprovechando pequeñas diferencias de cabeza en el flujo de los ríos.