Uno de los elementos más comunes que se utilizan para generar energía hidroeléctrica en el mundo es que Turbina Francis. Es una turbomáquina desarrollada por James B. Francis que funciona por reacción y flujo mixto. Son turbinas hidráulicas capaces de realizar una amplia variedad de saltos y caudales y que funcionan en pendientes de entre dos y varios cientos de metros.
En este artículo te vamos a explicar todas las características y la importancia de la turbina Francis.
Principales características
Este tipo de turbina puede funcionar a alturas desiguales desde varios metros hasta cientos de metros. De esta forma, está diseñado para trabajar en una amplia variedad de cabezales y corrientes. Gracias al pegamento de alta eficiencia y los materiales utilizados para ello, este modelo será uno de los más utilizados en el mundo. Su principal aplicación se encuentra en el campo de la generación eléctrica en centrales hidroeléctricas.
Como es bien sabido, la energía hidroeléctrica es un tipo de energía renovable que utiliza el agua de los tanques para generar electricidad. Estas turbinas son bastante difíciles y caras de construir, pero pueden funcionar durante décadas. Esto hace que la inversión en el coste inicial de este tipo de turbinas sea superior al resto. Sin embargo, vale la pena, ya que la inversión original puede amortizarse en los primeros años. Al igual que ocurre con la fotovoltaica, donde utilizamos paneles solares con una vida útil media de 25 años, podemos recuperar la inversión durante los 10-15 años de vida útil.
La turbina Francis tiene un diseño hidrodinámico que Nos garantiza un alto nivel de rendimiento ya que apenas hay pérdida de agua. Se ven muy robustos y tienen bajos costos de mantenimiento. Este es uno de los puntos más beneficiosos de este tipo de turbinas porque requiere menos mantenimiento y reduce los costos generales. No se recomienda instalar una turbina Francis a alturas superiores a 800 metros porque hay demasiadas fluctuaciones en la gravedad. Tampoco es recomendable instalar este tipo de turbinas en lugares con grandes fluctuaciones de caudal.
Cavitación en la turbina Francis
La cavitación es un aspecto importante que debemos controlar en todo momento. Es un efecto hidrodinámico que se produce cuando se crean cavidades de vapor en el agua que fluye a través de las turbinas. Como ocurre con el agua, puede aparecer con cualquier otro fluido que se encuentre en estado líquido y a través del cual actúa sobre fuerzas que responden a diferencias de depresión. En este caso ocurre cuando el líquido pasa por un borde afilado a gran velocidad y hay descompensaciones entre los líquidos y la preservación de la constante de Bernoulli.
Hay ocasiones en las que la presión de vapor del líquido es tal que si es vapor y se forman una gran cantidad de burbujas, las moléculas pueden cambiar instantáneamente. Estas burbujas se llaman vacíos. De aquí proviene el concepto de cavitación.
Todas estas burbujas Viaja a áreas con más presión, áreas con menos presión. Durante este viaje, el vapor vuelve repentinamente a su estado líquido. Esto hace que las burbujas se aplasten y se arruinen, creando un rastro de gas que crea una gran cantidad de energía en la superficie sólida y puede romperse durante la colisión.
Todo esto lleva a que hay que tener en cuenta la cavitación en la turbina Francis.
Piezas de turbina Francis
Este tipo de turbina consta de diferentes partes y se encarga de asegurar la generación de energía hidroeléctrica. Analizaremos cada una de estas partes:
- Cámara espiral: Es la parte de la turbina Francis que se encarga de la distribución uniforme del líquido en la entrada del impulsor. Esta cámara en espiral tiene forma helicoidal y esto se debe a que la velocidad promedio del líquido debe permanecer constante en todos los puntos del mismo. Por eso debe tener forma de espiral y caracol. La sección transversal de esta cámara puede ser de varios tipos. Por un lado rectangular y por otro circular, siendo el círculo el más habitual.
- Pre-distribuidor: Es la parte de esta turbina que está formada por palas macizas. Estas palas tienen una función puramente estructural. Sirven para mantener la estructura antes mencionada de la cámara en espiral y para darle suficiente rigidez para soportar toda la estructura hidrodinámica y minimizar las pérdidas de agua.
- Distribución: Esta parte se construye moviendo las paletas de guía. Estos elementos deben dirigir cómodamente el agua hacia el radar en funcionamiento atascado. Además, este distribuidor se encarga de regular el caudal que se permite al pasar por la turbina Francis. De esta manera, la potencia de la turbina se puede modificar de tal manera que se tenga que adaptar lo más posible a las fluctuaciones de carga en la red eléctrica. Al mismo tiempo, es capaz de dirigir el flujo de líquido para mejorar el rendimiento de la máquina.
- Girar rotor: Es el corazón de la turbina Francis. Esto se debe a que aquí es donde tiene lugar el intercambio de energía entre toda la máquina. La energía del fluido suele ser el momento en que pasa el impulsor, la suma de la energía cinética, la energía que tiene la presión y la energía potencial en relación a la altitud. La turbina es la encargada de convertir esta energía en energía eléctrica. El impulsor se encarga de transferir esta energía a través de un eje a un generador eléctrico donde se realiza esta conversión final. Dependiendo del número específico de revoluciones para el que está diseñada la máquina, puede tener diferentes formas.
- Tubería de succión: Es la parte por donde sale el líquido de la turbina. La función de esta parte es dar continuidad al líquido y restaurar el salto que se ha perdido en las instalaciones por encima del nivel del agua de salida. Generalmente, esta parte se construye en forma de difusor, de modo que crea un efecto de succión que ayuda a recuperar parte de la energía que no fue entregada al rotor.
Espero que con esta información puedas aprender más sobre la turbina Francis.
