Marcando la diferencia

TURBINAS FRANCIS (I)


http://www.coche.unlugar.com/Animaciones/animation/inicial/TurbinaFrancis.gif

GENERALIDADES:

  

Una turbina es una máquina motriz que consiste de una parte giratoria llamada rodete, que se impulsa por un fluido en movimiento. Dependiendo de la naturaleza de este fluido, las turbinas se pueden dividir en: hidráulicas, a vapor y a gas. La función de una planta hidroeléctrica es utilizar la energía potencial del agua almacenada en un lago, a una elevación más alta y convertirla, primero en energía mecánica y luego en eléctrica.  Este proceso toma en consideración varios factores entre los cuales uno de los más importantes es la caída de agua (head).  Este factor es decisivo al momento de escoger el tipo de turbina hidráulica que se instala en la planta. 

Una caída alta (entre 800 a 2000 pies) requiere una turbina para alta presión, de impulso o tipo Pelton.  Si la caída es intermedia (entre 200 y 800 pies), entonces se escoge una turbina  de reacción tipo Francis.  Para caídas bajas (menores de 200 pies) se utiliza un tipo de turbina de reacción tipo Kaplan.  

La turbina Francis es un motor hidráulico de reacción, que se emplea para caudales y alturas medias 

Las Turbinas Francis son conocidas como turbinas de sobrepresión por ser variable la presión en las zonas del rodete, o de admisión total ya que éste se encuentra sometido a la influencia directa del agua en toda su periferia. También se conocen como turbinas radiales-axiales y turbinas de reacción, conceptos que se ampliarán en su momento.

El campo de aplicación es muy extenso, dado el avance tecnológico conseguido en la construcción de este tipo de turbinas. Pueden emplearse en saltos de distintas alturas dentro de una amplia gama de caudales (entre 2 y 200 m3/s aproximadamente).

Consideraremos la siguiente clasificación, en función de la velocidad específica del rodete, cuyo número de revoluciones por minuto depende de las características del salto.

 - Turbina Francis lenta. Para saltos de gran altura (alrededor de 200 m o más).
- Turbina Francis normal. Indicada en saltos de altura media (entre 200 y 20 m)
- Turbinas Francis rápidas y extrarrápidas. Apropiadas a saltos de pequeña altura (inferiores a 20 m).

 Turbina Francis

La turbina Francis fue desarrollada por James B. Francis. Se trata de una turbo máquina motora a reacción y de flujo mixto. 

Las turbinas Francis son turbinas hidráulicas que se pueden diseñar para un amplio rango de saltos y caudales, siendo capaces de operar en rangos de desnivel que van de los diez metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el más ampliamente usado en el mundo, principalmente para la producción de energía eléctrica mediante centrales hidroeléctricas.

 1-  Partes de la Turbina:

·        Caja espiral

Tiene como función distribuir uniformemente el fluido en la entrada del rodete de una turbina

·        Predistribuidor

Tienen una función netamente estructural, para mantener la estructura de la caja espiral, tienen una forma hidrodinámica para minimizar las pérdidas hidráulicas.

·        Distribuidor

Es el nombre con que se conocen los álabes directores de la turbomáquina, su función es regular el caudal que entra en la turbina, a la vez de direccionar al fluido para mejorar el rendimiento de la máquina. Este recibe el nombre de distribuidor Fink.

·        Rotor

Es el corazón de la turbina, ya que aquí tiene lugar el intercambio de energía entre la máquina y el fluido, pueden tener diversas formas dependiendo del número de giros específico para el cual está diseñada la máquina.

·        Tubo de aspiración

Es la salida de la turbina. Su función es darle continuidad al flujo y recuperar el salto perdido en las instalaciones que están por encima del nivel de agua a la salida. En general se construye en forma de difusor, para generar un efecto de aspiración, el cual recupera parte de la energía que no fuera entregada al rotor en su ausencia.

2-  Aplicaciones

Las grandes turbinas Francis se diseñan de forma individual para cada emplazamiento, a efectos de lograr la máxima eficiencia posible, habitualmente más del 90%. Son muy costosas de diseñar, fabricar e instalar, pero pueden funcionar durante décadas.

Además de para la producción de electricidad, pueden usarse para el bombeo y almacenamiento hidroeléctrico, donde un embalse superior se llena mediante la turbina (en este caso funcionando como bomba) durante los períodos de baja demanda eléctrica, y luego se usa como turbina para generar energía durante los períodos de alta demanda eléctrica.

Se fabrican micro turbinas Francis baratas para la producción individual de energía para saltos mínimos de 52 metros.

3-  Ventajas y desventajas

3.1 – Ventajas

Su diseño hidrodinámico permite bajas perdidas hidráulicas, por lo cual se garantiza un alto rendimiento.

Su diseño es robusto, de tal modo se obtienen décadas de uso bajo un costo de mantenimiento menor con respecto a otras turbinas.

Junto a sus pequeñas dimensiones, con lo cual la turbina puede ser instalada en espacios con limitaciones física también permiten altas velocidades de giro.

Junto a la tecnología y a nuevos materiales, las nuevas turbinas requieren cada vez menos mantenimiento.

3.2 – Desventajas

No es recomendado para altura mayores de 800 m, por las presiones existentes en los sellos de la turbina.

Hay que controlar el comportamiento de la cavitación.

No es la mejor opción para utilizar frente a grandes variaciones de caudal, por lo que se debe tratar de mantener un flujo de caudal constante previsto, antes de la instalación

4 -Funcionamiento:

La energía potencial gravitatoria del agua embalsada, se convierte en energía cinética en su recorrido hacia el distribuidor, donde, a la salida de éste, se dispone de energía en forma cinética y de presión, siendo, la velocidad de entrada del agua en el rodete, inferior a la que correspondería por altura de salto, debido a los cambios bruscos de dirección en su recorrido.

Centrándonos en la zona del distribuidor, podemos añadir que el agua, a su paso por las palas fijas de la cámara espiral y las palas directrices del distribuidor, disminuye su presión, adquiriendo velocidad y, en tales condiciones, provoca el giro del rodete, al discurrir a través de los álabes de éste, sobre los cuales actúa el resto de la presión existente en las masas de agua dotadas, a su vez, de energía cinética. El tubo de aspiración produce una depresión en la salida del rodete o, dicho en otros términos, una succión.

Las turbinas Francis, son de rendimiento óptimo, pero solamente entre unos determinados márgenes (para 60 % y 100 % del caudal máximo), siendo una de las razones por la que se disponen varias unidades en cada central, al objeto de que ninguna trabaje, individualmente, por debajo de valores del 60 % de la carga total.

Al igual que las turbinas Pelton, las turbinas Francis pueden ser instaladas con el eje en posición horizontal  o vertical siendo esta última disposición la más generalizada por estar ampliamente experimentada, especialmente en el caso de unidades de gran potencia.

 Somos Rama Esutidantil IEEE de la UCSA -  IEEE PARAGUAY

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Gracias a la persona que lo ha incluido !!!!

 http://www.scribd.com/doc/48294240/TURBINAS-FRANCIS

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4 respuestas

  1. Hector Urizar

    Porque la eficiencia de las turbinas Francis es del 60% en donde trabajo son de 3MW y si la trabajo con menos de 2MW la eficiencia no es buena, en tiempo de verano se trabaja menos de 2MW solo en hora pico se genera mas del 92%.

    6 febrero, 2011 en 6:29 PM

    • Walter Escurra

      En primer lugar gracias por comunicarte con nosotros, un placer poder comunicarnos contigo.

      Para la generación de energía depende del caudal de agua, en épocas donde el caudal es bajo por supuesto que la generación disminuye, además depende del salto hidráulico, osea de la altura donde llega el agua, para generar mayor cantidad de energía es necesario mayor altura. El texto que estabas leyendo se refiere principalmente a que las variaciones del caudal de agua no deben variar mucho para mantener estable en funcionamiento de este tipo de turbina. El hecho se refiere principalmente al giro de las paletas que deben tener un movimiento relativamente estable, imaginate que si el caudal varia constantemente y el giro en el rotor va fluctuando constantemente lo que pasaría además de entregar energía que varía, lo que más importa es que no se dañen las paletas y si el flujo de agua osea el caudal varia bruscamente lo que provocaría daños en la parte mecánica de la turbina “las paletas”. Los mecanismos internos de la turbina tratan de mantener constantes el giro del eje que es lo primordial.

      La turbina Francis es instalada en todo lugar donde se dé un flujo de agua relativamente constante y donde se exige un alto rendimiento. Su eficiencia es aproximadamente de 8 % por encima de otros tipos de turbina, pero tiene la desventaja de no poder operar con grandes variaciones del caudal de agua.
      Creo que te referis a las turbinas francis rápida que son utilizadas para baja altura de salto hidráulico.
      Ojala estas aclaraciones puedan servirte cualquier consulta siempre a las ordenes.

      6 febrero, 2011 en 10:45 PM

  2. Oscar González

    Magníficos los comentarios e información.
    Sigan adelante aliviando la sed de conocimiento del mundo.

    25 febrero, 2011 en 5:46 PM

    • Walter Escurra

      GRACIAS POR SUS COMENTARIOS, SON MUY ALENTADORES!!! MUCHAS GRACIAS!!!
      ESO NOS AYUDA PARA CONTINUAR Y SABER QUE NOS APOYAN!!!

      2 marzo, 2011 en 10:27 PM

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