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Turbina Francis

Turbina Francis

La turbina Francis es una turbina hidráulica utilizada en instalaciones de energía hidráulica con una altura de caída considerable.

La turbina Francis es un tipo de turbina hidráulica construida por el ingeniero británico-estadounidense James Bicheno Francis. La función de la turbina Francis es, principalmente, generar electricidad con la ayuda de un generador. Las turbinas Francis tienen un alto grado de utilización de la capacidad de más del 90% y una amplia gama de actividades en comparación con la altura (caída constructiva) del fluido que fluye a través de la turbina. Esto se enfatiza particularmente en el agua donde logra un rendimiento óptimo en una caída constructiva de 20 metros hasta 700 metros y la potencia de salida varía de un par de kilovatios a 750 MW. El diámetro del rotor puede ser de 1 a 10 m y la velocidad de rotación es de 83 a 1000 rpm.

La turbina Francis es el tipo más común de turbina que se instala en las plantas de generación de energía que funcionan sobre la base del flujo de masa de agua a través de una planta de producción. En la mayoría de los casos, se trata de plantas de energía renovable de origen hidroeléctrico.

Aplicaciones de la turbina Francis

Las turbinas Francis tienen la característica que tienen una alta eficiencia. Además, este tipo de turbinas hidráulicas se pueden diseñar con una variada gama de cabezales y flujos.

Actualmente, la turbina Francis es una de las turbinas más utilizadas mundialmente. Las unidades tipo Francis cubren un rango de cabezal de 40 a 600 m (130 a 2,000 pies), y la potencia de salida de su generador conectado varía desde unos pocos kilovatios hasta 800 MW. Las turbinas Francis grandes están diseñadas individualmente para que cada sitio funcione con el suministro de agua y la altura de agua dados a la mayor eficiencia posible. Generalmente, las turbinas Francis trabajan con una eficiencia de más del 90%.

En contraste con la turbina Pelton, la turbina Francis funciona en su mejor momento completamente llena de agua en todo momento. La turbina y el canal de salida se pueden colocar más abajo que el nivel del lago o del mar en el exterior, lo que reduce la tendencia a la cavitación.

Además de la producción de energía eléctrica, las trubinas Francis también pueden usarse para almacenamiento por bombeo. En este caso, se llena un depósito mediante la turbina que realiza la función de bomba accionada por el generador. El generador, en este caso, actúa como un motor eléctrico grande durante períodos de baja demanda de energía. Cuando la demanda de energía es alta, el generador se invierte y se utiliza para generar energía durante la demanda pico. Estos depósitos de almacenamiento de bombas actúan como grandes fuentes de almacenamiento de energía para almacenar energía eléctrica "en exceso" en forma de agua en depósitos elevados. Este es uno de los pocos métodos que permiten almacenar un exceso temporal de capacidad eléctrica para su posterior uso.

Teoría de la turbina hidráulica Francis

La turbina Francis, que es un tipo de turbina de agua de reacción, utiliza la energía cinética del agua corriente como energía de presión para hacer girar una rueda hidráulica.

La turbina se encuentra entre el puerto de admisión donde se aplica la alta presión y la parte del puerto de descarga de baja presión, y normalmente se instala en la base de la presa de una central hidroeléctrica.

La parte de entrada de la turbina es una carcasa (cámara espiral) formada en forma de espiral, y varias paletas de guía (paletas de guía) hacen que el agua fluya tangencialmente hacia el corredor. Que fluye lámina de agua de la, para girar los corredores. El grado de apertura de la aleta guía se puede ajustar para realizar una operación eficiente de acuerdo con la cantidad de agua utilizada.

El agua que pasa a través del corredor actúa además sobre el corredor cuando se dirige hacia el centro axial. Además de la presión del agua (presión del agua), esta propiedad apoya el uso de la energía hidráulica del agua que fluye hacia el interior.

Después de actuar sobre el corredor en forma de taza de café, el agua sale con la energía cinética y con la energía potencial minimizada y el vórtice también desaparece. En la salida de la turbina hidráulica, un tubo de succión formado en relación con la reducción de la velocidad del agua y la restauración de la energía cinética está conectado.

Historia de la turbina Francis

Históricamente, se han utilizado muchos tipos de turbinas en molinos y fábricas, pero la mayoría de ellos tienen problemas con la eficiencia. En el siglo XIX, la mejora de la turbina hidráulica avanzó y, finalmente, el hombro se alineó con la máquina de vapor como motor principal.

En 1826, el ingeniero francés Benoit Fourneyron desarrolló la primera turbina de agua, que tuvo un alto grado de utilización (hasta un 80%). En la turbina de agua de Fourneyron, el agua fluye a través de las aspas del estator, desde el eje hasta la periferia y el impacto en las aspas del rotor, al convertir la energía potencial del agua en energía cinética.

En 1848 el ingeniero Americano J.B. Francis introdujo una revolución en el diseño de una turbina hidráulica con la construcción de una turbina de reacción. Las turbinas de reacción o de compresión se llaman turbinas de agua, donde la presión en la entrada del rotor es mayor que en la salida. En las turbinas de pretratamiento, parte de la energía potencial se convierte en energía cinética en el estator y la parte en el rotor. Girar la llave de paso provoca un cambio en la cantidad de movimiento y fuerza reactiva (diferencia de presión, efecto Coriolis, etc.)

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Última revisión: 26 de noviembre de 2018