Turbina Francis

Turbina Francis
Rodete de una turbina Francis
Primitiva turbina Francis

La turbina Francis fue desarrollada por James B. Francis. Se trata de una turbomáquina 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 dos 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.

Contenido

Desarrollo

Las norias y turbinas hidráulicas han sido usadas históricamente para accionar molinos de diversos tipos, aunque eran bastante ineficientes. En el siglo XIX las mejoras logradas en las turbinas hidráulicas permitieron que, allí donde se disponía de un salto de agua, pudiesen competir con la máquina de vapor.

En 1826 Benoit Fourneyron desarrolló una turbina de flujo externo de alta eficiencia (80%). El agua era dirigida tangencialmente a través del rodete de la turbina provocando su giro. Alrededor de 1820 Jean V. Poncelet diseñó una turbina de flujo interno que usaba los mismos principios, y S. B. Howd obtuvo en 1838 una patente en los EE.UU. para un diseño similar.

En 1848 James B. Francis mejoró estos diseños y desarrolló una turbina con el 90% de eficiencia. Aplicó principios y métodos de prueba científicos para producir la turbina más eficiente elaborada hasta la fecha. Más importante, sus métodos matemáticos y gráficos de cálculo mejoraron el nivel de desarrollo alcanzado (estado del arte) en lo referente al diseño e ingeniería de turbinas. Sus métodos analíticos permitieron diseños seguros de turbinas de alta eficiencia.

Partes

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.


  • Álabes directores (en color amarillo) configurados para mínimo caudal (vista interior).

  • Álabes directores (en color amarillo) configurados para máximo caudal (vista interior).

  • Rodete de una turbina Francis, Presa Grand Coulee.

  • Espiral de entrada de una turbina Francis, Presa Grand Coulee.

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 microturbinas Francis baratas para la producción individual de energía para saltos mínimos de 52 metros.

Ventajas y desventajas

Ventajas de la turbina Francis o también llamada VGR

  • 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.[1]

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.[2]

Véase también


Referencias

  1. ↑ Turbomáquinas Hidráulicas, Turbinas Hidráulicas, Bombas, Ventiladores. MATAIX, C
  2. ↑ Turbomachinery Design and Theory. Rama S. R., Gorla y Aijaz A., Khan.

Wikimedia foundation. 2010.

Игры ⚽ Нужно сделать НИР?

Mira otros diccionarios:

  • Turbina Francis — La turbina Francis fue desarrollada por James B. Francis. Se trata de una turbina de reacción de flujo interno que combina conceptos tanto de flujo radial como de flujo axial. Las turbinas Francis son turbinas hidráulicas que se pueden diseñar… …   Enciclopedia Universal

  • Turbina — de vapor de Siemens AG. Turbina es el nombre genérico que se da a la mayoría de las turbomáquinas motoras. Éstas son máquinas de fluido, a través de las cuales pasa un fluido en forma continua y éste le entrega su energía a través de un rodete… …   Wikipedia Español

  • Turbina Pelton — de la central hidroeléctrica de Walchensee en Alemania. Una turbina Pelton es uno de los tipos más eficientes de turbina hidráulica. Es una turbomáquina motora, de flujo transversal, admisión parcial y de acción. Consiste en una rueda (rodete o… …   Wikipedia Español

  • Turbina Turgo — Esquema de una turbina Turgo con su correspondiente generador en la parte superior. La turbina Turgo es una turbina hidráulica de impulso diseñada para saltos de desnivel medio. Fue desarrollada por la compañía Gilkes en 1919 a partir de una… …   Wikipedia Español

  • Turbina hidráulica — Rotor de una turbina Francis. Una turbina hidráulica es una turbomáquina motora hidráulica, que aprovecha la energía de un fluido que pasa a través de ella para producir un movimiento de rotación que, transferido mediante un eje, mueve… …   Wikipedia Español

  • Turbina Turgo — La turbina Turgo es una turbina hidráulica de impulso diseñada para saltos de desnivel medio. Fue desarrollada por la compañía Gilkes en 1919 a partir de una modificación de la turbina Pelton; la Turgo tiene varias ventajas sobre la turbina… …   Enciclopedia Universal

  • Turbina Kaplan — Una turbina Kaplan vertical. Las turbinas Kaplan son turbinas de agua de reacción de flujo axial, con un rodete que funciona de manera semejante a la hélice de un barco, y deben su nombre a su inventor, el austriaco Viktor Kaplan. Se emplean en… …   Wikipedia Español

  • Francis — Francis. Asteroide nº. 2050 de la serie (1974 KA), descubierto el 28 de mayo de 1974 por Eleanor Francis Helin desde Monte Palomar. La descubridora lo nombró en honor de sus padres Fred y Kay Francis. Lista de asteroides * * * Francis, turbina *… …   Enciclopedia Universal

  • Francis, turbina — ► TECNOLOGÍA Turbina hidráulica de reacción inventada por el ingeniero británico James Bicheno Francis (1815 92). Es una turbina radial, con tubo de aspiración y admisión centrípeta …   Enciclopedia Universal

  • Francis, James Bicheno — (18 may. 1815, Southleigh, Devon, Inglaterra–18 sep. 1892, Lowell, Mass., EE.UU.). Ingeniero hidráulico británico estadounidense. Emigró a EE.UU. en 1833 y a los 22 años de edad llegó a ser ingeniero jefe de la empresa Proprietors of the Locks… …   Enciclopedia Universal

Compartir el artículo y extractos

Link directo
… Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”