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Una turbina Francis es una combinación de una turbina de impulso y una turbina de reacción, donde tanto la reacción del agua que fluye a través de las palas como la fuerza de impulso se utilizan para hacer girar las palas y generar electricidad de manera más eficiente. Las turbinas Francis se utilizan para generar electricidad en centrales hidroeléctricas. Existen principalmente dos conceptos de patrones de flujo de turbina en los que trabajan: flujo radial y axial. Al ingeniero civil estadounidense James B. Francis de Lowell, Massachusetts, se le ocurrió la idea de combinar turbinas de impulso y de reacción, donde el agua ingresa esencialmente a la turbina y se descarga axialmente. Este artículo describe los principios de funcionamiento, los componentes clave y sus aplicaciones.
Una de las principales razones de la alta eficiencia de las turbinas Francis es el diseño de las palas. Estas palas giran usando las fuerzas de reacción y de impacto del agua que fluye a través de ellas. Al usar este tipo de turbina, se elimina el principal problema que enfrenta la disponibilidad de cabeza de agua ya que la turbina usa energía cinética y potencial para generar energía. Por esta razón, también se le llama M.turbina de flujo fijo.
Tabla de contenido
Partes principales de la turbina Francis
Los componentes principales de la turbina Francis son:
1. Carcasa espiral
La carcasa espiral es el medio de entrada de agua a la turbina. El agua que fluye de un embalse o presa pasa a través de esta tubería a alta presión. Los álabes de la turbina están dispuestos en círculo. Esto significa que el agua que golpea las palas de la turbina debe fluir a lo largo de un eje circular para golpear de manera eficiente. Entonces se usa una carcasa en espiral, pero debido al movimiento de circulación del agua, se pierde la presión. Para mantener la misma presión, el diámetro de la carcasa se reduce gradualmente para mantener la presión uniforme e igualar el impulso o la velocidad que golpea las palas del rodete.
2. estancia veleta
Los álabes fijos y los álabes guía dirigen el agua a las palas de los corredores. Las paletas fijas permanecen estacionarias en su posición, lo que reduce el remolino de agua debido al flujo radial cuando el agua ingresa a las paletas del rodete. haciendo así que la turbina sea más eficiente.
3. Paleta guía
Las paletas guía no son estacionarias. Cambie el ángulo según sea necesario para controlar el ángulo de incidencia del agua en las palas de la turbina para una mayor eficiencia. También regula el flujo de agua a las palas del rodete y controla la salida de la turbina de acuerdo con la carga de la turbina.
4. hoja de corredor
El rendimiento y la eficiencia de la turbina dependen del diseño de las palas del rodete. En una turbina Francis, las palas del rodete se dividen en dos partes. La mitad inferior tiene forma de balde pequeño y utiliza el impacto del agua para hacer girar una turbina. La parte superior de la hoja utiliza la fuerza de reacción del agua que fluye a través de ella. Juntas, estas dos fuerzas hacen girar el corredor.
5. Tubo de tiro
La presión a la salida del rodete de la turbina de reacción es generalmente menor que la presión atmosférica. El agua de salida no se puede descargar directamente en la carrera de cola. Se utilizan tubos o tuberías de área creciente para drenar el agua desde la salida de la turbina hasta la rueda de cola. Este tubo de área creciente se llama tubo de tiro. Un extremo del tubo está conectado a la salida del canal y el otro extremo está sumergido por debajo del nivel del agua del canal de cola.
¿Cómo funciona la turbina Francis?
El agua puede entrar en la carcasa espiral de la turbina, donde se canaliza a través de álabes fijos y álabes guía. La caja en espiral se mantiene disminuyendo en diámetro para mantener la presión de flujo. Las paletas fijas están fijas en su lugar e intentan mantener el agua fuera de los vórtices creados por el flujo a través de la carcasa en espiral y hacen que el agua fluya más recta a medida que las paletas guía ajustables la desvían. El ángulo de los álabes guía determina el ángulo de ataque del agua sobre los álabes del rodete y, por tanto, la potencia de salida de la turbina. Dado que las palas del rodete son fijas y no se pueden inclinar ni inclinar, las paletas guía controlan la potencia de salida de la turbina. El rendimiento y la eficiencia de la turbina dependen del diseño de las palas del rodete. En una turbina Francis, las palas del rodete se dividen en dos partes. La mitad inferior tiene forma de balde pequeño y utiliza el impacto del agua para hacer girar una turbina. La parte superior de la hoja aprovecha la fuerza de reacción del agua que fluye a través de ella. Por lo tanto, las palas del corredor aprovechan tanto la presión como la energía cinética del agua para hacer girar al corredor de la manera más eficiente. Dado que el agua que sale de las palas del corredor carece tanto de energía cinética como de energía de presión, se mueve hacia la carrera de cola mientras recupera la presión con el tubo de aspiración, pero aún no puede recuperar suficiente presión para detener el aire. Se mete en la carcasa del corredor y provoca cavitación.
Aplicación de turbina Francis
- Las turbinas Francis son las turbinas más utilizadas para generar electricidad en centrales hidroeléctricas.
- Las turbinas de flujo mixto también se utilizan en conjuntos de bombas de agua de riego que extraen agua del suelo para riego.
- Eficiente en una amplia gama de caudales y cabezales.
- Esta es la turbina de agua más eficiente que existe.