La turbina Francis és una turbina hidràulica utilitzada en instal·lacions d'energia hidràulica que funcionen amb una alçada de caiguda considerable.
Aquesta turbina va ser desenvolupada per James Bicheno Francis. La funció de la turbina Francis és, principalment, generar electricitat amb l'ajuda d'un generador.
La turbina Francis és el tipus més comú de turbina que s'instal·la a les plantes de generació d'energia que funcionen sobre la base de l'flux de massa d'aigua a través d'una planta de producció.
En contrast amb la turbina Pelton, la turbina Francis funciona en el seu millor moment completament plena d'aigua en tot moment.
Avantatge i desavantatges de la turbina Francis
Els principals avantatges que ofereix són:
-
És molt fàcil de controlar fins i tot amb altures variables.
-
La variació de la seva eficiència és molt baixa amb el pas el temps.
-
La mida de l'corredor és petit comparat amb altres tipus de turbines.
-
Té un cost de manteniment menor pel que fa als altres tipus de turbines.
Les principals desavantatges són:
-
Les turbines francis es dissenyen per a un determinat cabal. No és la millor opció per utilitzar front a grans variacions de cabal ja que el rendiment baixa.
-
Presenta problemes quan treballa amb alçades superiors a 800 m.
-
Presenta un problema de cavitació.
-
L'entrada d'aigua bruta amb partícules pot generar importants problemes a la turbina.
Quin és el rendiment d'una turbina Francis?
Les turbines Francis tenen una alta eficiència, més de l'90%. A més, aquest tipus de turbines hidràuliques es poden dissenyar amb una variada gamma de capçals i fluxos.
Tenen una àmplia gamma d'activitats en comparació amb l'altura de el fluid que flueix a través de la turbina.
Treballant amb aigua, aquesta turbina aconsegueix un rendiment òptim en una caiguda de 20 metres fins a 700 metres. La potència de sortida varia d'un parell de quilowatts a 750 MW. El diàmetre de l'rotor pot ser d'1 a 10 mi la velocitat de rotació és de 83 a 1000 rpm.
Aplicaciones de la turbina Francis
Les turbines Francis grans estan dissenyades individualment perquè cada lloc funcioni amb el subministrament d'aigua i l'altura d'aigua donats a la major eficiència possible.
A més de la producció d'energia elèctrica, aquesta turbina pot ser instal·lada en centrals hidroelèctriques de emmagatzematge per bombeig . En aquest tipus de centrals hidroelèctriques hi ha dos embassaments a diferents altures. Quan hi ha sobrant energètic, l'embassament superior s'omple amb aigua bombejada per la turbina que realitza la funció de bomba.
El generador elèctric actua com un motor elèctric gran per bombar aigua durant períodes de baixa demanda d'energia. Quan la demanda d'energia és alta, el generador s'inverteix i s'utilitza per generar electricitat.
Quines són les parts d'una turbina Francis?
La turbina dissenyada per James B. Francis està composta per:
-
Cambra espiral: té la funció de distribuir el fluid a l'entrada de l'rodet. La forma en espiral o caragol permet que la velocitat mitjana de l'fluid romangui constant.
-
Predistribuidor: Compost per àleps fixos que tenen una funció estructural. El disseny hidrodinàmic permet minimitzar les pèrdues hidràuliques.
-
Distribuïdor: constituït per àleps mòbils per dirigir l'aigua cap als àleps de l'rodet (fixos) i regular el cabal admès. El distribuïdor permet direccionar el fluid per millorar el rendiment i ajustar la potència a les variacions de càrrega de la xarxa elèctrica. Aquest rep el nom de distribuïdor Fink.
-
Rotor o rodet: és el responsable de l'intercanvi d'energia cinètica, l'energia potencial i l'energia de pressió en energia mecànica de rotació en el gir de l'rodet. El rodet al seu torn transmet aquesta energia a un generador elèctric.
-
Tub d'aspiració: és la sortida de la turbina.
Com funciona la turbina hidràulica Francis?
La turbina Francis és un tipus de turbina d'aigua de reacció. És a dir, utilitza l'energia cinètica de l'aigua corrent com a energia de pressió per fer girar una roda hidràulica.
La turbina es troba entre el port d'admissió on s'aplica l'alta pressió i la part del port de descàrrega de baixa pressió.
La part d'entrada de la turbina és una carcassa (caixa espiral) en forma d'espiral, i diverses paletes de guia fan que l'aigua flueixi tangencialment cap al corredor. El grau d'obertura de l'aleta guia es pot ajustar per a realitzar una operació eficient d'acord amb la quantitat d'aigua utilitzada.
L'aigua que passa a través de l'corredor actua a més sobre ell quan es dirigeix cap al centre axial.
Finalment, l'aigua surt amb l'energia cinètica i amb l'energia potencial minimitzada i el vòrtex també desapareix.