Turbina Francis y Componentes

Una turbina Francis es un tipo de turbina de agua. Es una turbina de reacción de flujo interno que combina conceptos de flujo radial y flujo axial.turbinas francis son las turbinas más comúnmente utilizadas en la actualidad, con eficiencias superiores al 95%. El proceso de realización del diseño moderno de la rueda Francis desde 1848 hasta aproximadamente 1920. Fue conocida alrededor de 1920 como la turbina Francis, nombrada así por el ingeniero británico-estadounidense James B. Francis, quien creó un nuevo diseño de turbina en 1848. Las turbinas Francis se utilizan principalmente para generar electricidad. Las salidas del generador suelen oscilar entre unos pocos kilovatios y 1000 megavatios, aunque las instalaciones hidroeléctricas más pequeñas pueden tener salidas más bajas.El rendimiento es mejor cuando la altura del cabezal está entre 100 y 300 m (330 y 980 pies). Diámetros de tubería de acero entre 1 y 10 m (3,3 y 32,8 pies).Las velocidades de las diferentes unidades de turbina oscilan entre 70 y 1000 rpm. Los álabes guía en el exterior del corredor giratorio de la turbina controlan la velocidad del flujo de agua a través de la turbina a diferentes tasas de generación de energía. Las turbinas Francis generalmente se montan con un eje vertical para aislar el agua del generador. Esto también facilita la instalación y el mantenimiento.

Desarrollo

Se han utilizado diferentes tipos de ruedas hidráulicas durante más de 1000 años para impulsar varios tipos de molinos, pero son relativamente ineficientes.Las mejoras en la eficiencia de las turbinas hidráulicas en el siglo XIX les permitieron reemplazar casi todas las aplicaciones de ruedas hidráulicas y competir con las máquinas de vapor dondequiera que hubiera energía hidráulica disponible. Después del desarrollo de los generadores eléctricos a fines del siglo XIX, las turbinas se convirtieron en una fuente natural de energía para los generadores eléctricos. donde existían recursos hidráulicos potenciales.En 1826, el ingeniero francés Benoit Fourneyron desarrolló una turbina de flujo de salida de alta eficiencia (80 %). El agua se dirige tangencialmente a través de la rueda de la turbina, lo que hace que gire. el mismo principio. SBHowd recibió una patente estadounidense para un diseño similar en 1838.En 1848, James B. Francis mejoró estos diseños para crear turbinas más eficientes mientras trabajaba como ingeniero jefe de Locks and Canals Company en la ciudad de molinos textiles de ruedas hidráulicas de Lowell, Massachusetts. Utilizó principios científicos y métodos de prueba para diseñar turbinas muy eficientes. Más importante aún, sus métodos matemáticos y de computación gráfica mejoraron el diseño y la ingeniería de turbinas. Sus métodos analíticos permiten el diseño de turbinas altamente eficientes para igualar con precisión el flujo de agua y la presión (altura) en el sitio.

Componentes

La turbina Francis consta de las siguientes partes principales:

Carcasa en espiral: La carcasa en espiral alrededor de la rueda de la turbina se denomina voluta o voluta. A lo largo de su longitud tiene una serie de aberturas espaciadas regularmente para permitir que el fluido de trabajo incida sobre las palas del rodete. Estas aberturas convierten la energía de presión del fluido en energía cinética justo antes de que el fluido golpee las paletas. Esto mantiene una velocidad constante a medida que el área de la sección transversal de la carcasa disminuye uniformemente alrededor de la circunferencia a pesar de proporcionar muchas aberturas para que el fluido ingrese a las paletas.

Paletas de guía y soporte: La función principal de las paletas de guía y soporte es convertir la energía de presión del fluido en energía cinética.También se utiliza para dirigir el flujo a las palas del rodete en un ángulo de diseño.

Tubo de tiro: El tubo de tiro es el conducto que conecta la salida del rodete con el canal de tiro por donde sale el agua de la turbina. Su función principal es reducir la velocidad del agua descargada para minimizar la pérdida de energía cinética en el salida. Esto permite que la turbina se coloque por encima del agua de descarga sin una caída significativa en la cabeza disponible.