Turbina francis

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T U R B I N A F R A N C I S

HISTORIA

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 Fourneyrondesarrolló 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 desarrollóuna 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 estado del arte en lo referente al diseño e ingeniería de turbinas. Sus métodos analíticos permitieron diseños seguros de turbinas de alta eficiencia.

Las turbinasFrancis 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 diez 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 centraleshidroeléctricas.

ASPECTOS GENERALES DE LAS TURBINAS FRANCIS

Son también conocidas como turbinas de sobre presión, de admisión total, turbinas radial-axial o como turbinas de reacción.
El campo de aplicación es muy extenso, pueden emplearse en saltos de distintas alturas dentro de una amplia gama de caudales (entre 2 y 200 m3/s aproximadamente).

Las turbinas Francis son de muy buenrendimiento, pero solamente entre determinados márgenes de descarga, entre 60 % y 100 % del caudal máximo. Esta es una de las razones por la que en una central hidroeléctrica se disponen varias unidades, a objeto de que ninguna trabaje, individualmente, por debajo de valores del 60 % de la descarga total.

Al igual que las turbinas Pelton, las turbinas Francis pueden ser instaladas con el eje enposición horizontal o en posición vertical, siendo la posición vertical del eje la más generalizada por estar ampliamente experimentada, especialmente en el caso de unidades de gran potencia.

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Se clasifican, en función de la velocidad específica del rotor y de las características del salto:

✓ Turbina Francis lenta: para saltos de gran altura, alrededor de 200 m o más.
✓Turbina Francis normal: Indicada en saltos de altura media, entre 200 y 20m.
✓ Turbinas Francis rápidas y extrarrápidas: apropiadas para saltos de pequeña altura, inferiores a 20 m.

La turbina Francis presenta las siguientes características:

✓ Su óptimo diseño hidráulico garantiza un alto rendimiento.
✓ Su diseño reforzado da una vida útil de muchas décadas en servicio continuo.
✓Alta velocidad de giro permite pequeñas dimensiones.
✓ La turbina Francis es instalada en todo lugar donde se dé un flujo de agua relativamente constante y donde se exige un alto rendimiento. Su eficiencia es aproximadamente de 8 % por encima de la turbina de Flujo Cruzado, pero tiene la desventaja de no poder operar con grandes variaciones del caudal de agua.

COMPONENTES DE UNA TURBINA FRANCISSe consideran los componentes de una turbina Francis los siguientes:

❖ Cámara espiral.
❖ Distribuidor.
❖ Rotor o rodete.
❖ Tubo de aspiración.
❖ Eje.
❖ Equipo de sallado.
❖ Cojinete guía.
❖ Cojinete de empuje.

COMPONENTES:

CAMARA ESPIRAL

Está constituida por la unión sucesiva de una serie de virolas tronco-cónicas, cuyos ejes...
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