En Lafortunada, nuestros vecinos del oeste, están instalando grupos verticales, esto es una novedad -en Seira son horizontales- y permite que los edificios sean más pequeños y la turbina esté ubicada en una posición más baja, por lo que el salto gana un poco de altura y, por tanto, aumenta su potencia, que es lo que al final interesa, más caballos y así poder hacer más kilovatios. Estos cambios los ha propiciado la rápida evolución que está teniendo la tecnología de construcción de centrales hidroeléctricas y también que la competencia entre los diferentes constructores es muy grande y los hace mejorar para ofrecer nuevos equipos. El número de instalaciones proyectadas o en construcción crece de manera imparable. General Electric, el constructor de los alternadores de Hidroeléctrica Ibérica, ha instalado unos cojinetes de empuje, tipo Michell, para solucionar los requerimientos de suspensión de las máquinas verticales. Entrando en los entresijos de la construcción de este tipo de cojinetes, que es sorprendentemente ingeniosa, decir que la parte más singular son unas piezas metálicas, los patines -cuya forma recuerda a los quesitos- y tienen la forma de un sector circular, recubiertos de un metal antifricción. Estos patines están apoyados en toda su superficie sobre muelles, lo que les permite tener un cierto movimiento. Sobre estos se apoya una gran pieza, denominada gorrón o campana -por su forma- que es la encargada de soportar todo el peso del rotor, de la turbina y la presión del agua sobre la rueda y descansarlo sobre los patines. El gorrón tiene un acabado de espejo y su parte inferior es la que apoya sobre los patines. En la imagen podemos ver que el gorrón tiene separado el espejo para facilitar su mecanizado. Este sistema ha simplificado el mantenimiento y la fiabilidad de las centrales aunque ha tenido bastantes modificaciones desde que se iniciaron este tipo de montajes.
Partes de un cojinete de empuje o axial
Una de las primeras centrales en utilizar máquinas verticales, a finales del siglo XIX, fue la que montó en el río Niagara, en la rivera americana del rio, la Niagara falls Company. Esta central fue un punto de inflexión en la lucha que mantenía Tomás Alva Edison, defensor del uso de la corriente continua en la generación y la distribución eléctrica, y George Westinghouse, que defendía la utilización de la corriente alterna. La decisión de utilizar uno u otro sistema era vital para definir el inmenso negocio que comenzaba a florecer: la electricidad. Estos dos colosos eran las cabezas visibles de dos grandes empresas; la Edison General Electric Company en el caso de Edison y la Westinghouse Electric Company en el caso de Westinghouse. Curiosamente en esta lucha el papel principal lo tenía un empleado de Edison, que en 1888 se pasó a la competencia harto de intentar convencerle de que la corriente continua no tenía futuro en la distribución eléctrica. Estamos hablando del ingeniero Nicola Tesla. Serbio de origen, es el artífice del uso de la corriente alterna, gran teórico del electromagnetismo e inventor del motor de corriente alterna. Gracias a él la central de Niagara Falls utilizó la corriente alterna para producir energía en sus alternadores y así poder elevar su tensión mediante transformadores, tener menores pérdidas y luego volver a transformarla, a la tensión de los hogares, para poder distribuirla en la cercana población de Búfalo.
George Westinghouse
Tomas Alva Edison
A primera vista sorprende la ingeniosa -y compleja a la vez- forma de utilizar el caudal de las cataratas. El río Niagara había sido objeto desde tiempos inmemorables de explotación en sus “Niagara mills” -molinos del Niagara- que aprovechaban de una manera bastante ineficiente este salto, pero servían de fuente de energía a fundiciones e industrias. Una comisión internacional estudió el aprovechamiento previamente y se plantearon numerosas alternativas. La Niagara Falls Company, con un importante elenco de ingenieros, construyó la central número 1, y marcó los inicios de la explotación industrial de la energía hidroeléctrica en ese continente. La compañía suiza Escher Wyss fue una de las candidatas para la construcción de las turbinas, pero al final fueron unos compatriotas suyos de Ginebra, Faesch & Piccard, los que consiguieron el contrato, aunque las turbinas se fabricaron en Estados Unidos por la I.P. Morris Co, en sus talleres de Filadelfia. Estas turbinas, diez en total, desarrollaban una potencia de 5.000 caballos cada una. Una de las claves de todo el montaje era el método de sustentación de todo el peso del conjunto. Resulta interesante reseñar que los problemas a los que se enfrentan los constructores de turbinas verticales no son solo referentes al peso que los elementos mecánicos tienen: turbina, eje y rótor, sino a la presión que ejerce el agua sobre la turbina, incrementando el peso del conjunto de una manera nada desdeñable.
Imagen de los Niagara Mills a comienzos del siglo XX.
El salto proyectado en el Niagara era un reto en todos sus componentes, pues era el primer gran salto que utilizaba la corriente alterna y la demostración de las posibilidades de la misma. Alrededor de cuarenta y dos metros de salto, que caían por una tubería totalmente vertical desde la casa de máquinas hasta las entrañas de la tierra, donde la turbina tipo Fourneyron extraía la energía del fluido. El eje, un tubo de acero de cerca de un metro de diámetro, de igual longitud al salto, transportaba la energía que movía el rotor. Un verdadero reto mantener un eje de esa longitud, ¡en diez máquinas!, con sus cojinetes y sus lubricaciones. Este eje tenía tres cojinetes intermedios donde se reducía el diámetro del mismo. Las tuberías no eran un tema menor pues tenían que transportar los 12 metros cúbicos de caudal que consumían las turbinas para producir esa potencia. Al final del eje un rotor culminaba el montaje y tenía la peculiaridad de estar ubicado por la parte externa del estator -al revés de los demás fabricantes, en los que está ubicada en el interior y no se ve su movimiento-.
Turbina de 5.000 caballos Faesch & Piccard. A su lado, para hacernos una idea del tamaño, se aprecia la silueta de un hombre. Sobre ella sale el eje y a su izquierda la tubería gira para colocarse vertical y mediante un tubo, que no aparece en la imagen, llegar hasta la toma.
Corte de la central. En la parte superior el alternador y se aprecian los tres cojinetes intermedios.
Tesla diseñó los alternadores y los construyó Westinghouse en sus talleres de Pittsburg. Giraban a 250 revoluciones por minuto y su frecuencia era de 25 hercios. Esta frecuencia es especialmente baja, pues en el resto de los países europeos se adoptaron los 50 Hz y en Estados Unidos los 60 Hz. Pero esta no era su única peculiaridad, puzes tenían dos salidas independientes monofásicas -como las líneas que nos suministran en nuestras casas, pero dos y desfasadas 90 grados- y mediante un sistema de transformadores las convertía a tres fases, trifásica, con el desfase de 120 grados que existe en la actualidad, para sus distribución.
Una instalación hidroeléctrica que supuso un gran avance tecnológico y un logro de la ingeniería del momento.
Interior de la central nº 1 de la Niagara Falls. Se puede apreciar el movimiento del inductor o rotor (por error en la publicación impresa se nombró como la dinamo).
Este artículo se publicó en el número 27 de la revista "Els Tres Llugarons", Abi, Seira y Barbaruens, editada por las asociaciones culturales de dichos pueblos en el verano de 2021.
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