Turbina Francis Expo

7/23/2019 Turbina Francis Expo

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PLANTAS HIDROELECTRICAS

TURBINA FRANCIS


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Las norias y turbinas hidrulicas han sido usadashistricamente para accionar molinos de diversostipos, aunque eran bastante ineficientes.


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En el siglo XIX las mejoras logradas en las turbinashidrulicas permitieron que, all donde se dispona deun salto de agua, se pudiese competir con la mquinade vapor.


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En 1826 Benoit Fourneyron desarroll una turbina deflujo externo de alta eficiencia (80%). El agua era

dirigida tangencialmente a travs del rodete de laturbina provocando su giro.


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Alrededor de 1820 Jean V. Poncelet dise una turbinade flujo interno que usaba los mismos principios, y S.B. Howd obtuvo en 1838 una patente en los EE.UU.para un diseo similar.


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En 1848 James B. Francis, mejor estos diseos ydesarroll una turbina con el 90% de eficiencia. Aplicprincipios y mtodos de prueba cientficos paraproducir la turbina ms eficiente elaborada hasta lafecha.


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Francis era de origen ingles y emigro a los Estadosunidos, donde fue encargado de realizar proyectoshidrulicos utilizando turbinas centrpetas, esto es conrecorrido radial del agua de afuera hacia dentro, paraun debido aprovechamiento de la accin centrpeta


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Ms importante, sus mtodos matemticos y grficosde clculo mejoraron el estado del arte en lo referenteal diseo e ingeniera de turbinas. Sus mtodosanalticos permitieron diseos seguros de turbinas dealta eficiencia.


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Las turbinas Francis son turbinas hidrulicas que sepueden disear para un amplio rango de saltos ycaudales, siendo capaces de operar en rangos dedesnivel que van de los diez metros hasta varioscientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, hahecho que este tipo de turbina sea el ms ampliamenteusado en el mundo, principalmente para la produccinde energa elctrica mediante centraleshidroelctricas.


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COMO OPERAN

LAS TURBINAS FRANCIS


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INTRODUCCIONLas grandes turbinas Francis sedisean de forma individual para

cada emplazamiento, a efectos delograr la mxima eficienciaposible, habitualmente ms del90%. Son muy costosas dedisear, fabricar e instalar, pero

pueden funcionar durantedcadas.


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CLASIFICACION DE LAS TURBINAS FRANCIS Se clasifican, en funcin de la velocidadespecfica del

rotor y de las caractersticas del salto

Turbina Francis lentaTurbinas Francis normal

Turbinas Francis rapidas y extrarapidas


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TURBINA FRANCIS LENTA Para saltos de gran altura, alrededor de 200 m o ms


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TURBINA FRANCIS NORMAL Indicada en saltos de altura media, entre 200 y 20 m


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TURBINA FRANCIS RAPIDA Y

EXTRARAPIDAApropiadas para saltos de pequea altura, inferiores a

20 m


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TURBINA DE EJE VERTICAL


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TURBINA DE EJE HORIZONTAL


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FUNCIONAMIENTO En la mayora de los casos, la instalacin de este tipo

de turbinas, se realiza en centrales para cuyaalimentacin de agua se requiere la existencia de unembalse.


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Otra particularidad de la instalacin de estasturbinas, radica en que el conjunto:

cmara espiral

distribuidor

rotor

tubo deaspiracin, se encuentran a una cota inferiorrespecto a la cota del agua a su salida

La energa de presin del agua embalsada, seconvierte en energa cintica en su recorrido por latubera de descarga, la cmara espiral, el pre-

distribuidor y el distribuidor


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En tales condiciones, provoca el giro del rotor, aldiscurrir a travs de los labes de la turbina

A la salida del rotor, el tubo de aspiracin produceuna depresin o succin, es en este conducto dondenuevamente la energa cintica es convertida en

energa de presin


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La funcin de una planta hidroelctrica es utilizarla energa potencial del agua almacenada en un

lago, a una elevacin ms alta y convertirla,primero en energa mecnica y luego en elctrica.


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Este proceso toma enconsideracin varios

factores entre los cualesuno de los ms importanteses la cada de agua(head). Este factor esdecisivo al momento de

escoger el tipo de turbinahidrulica que se instala enla planta.


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Una cada alta (entre 800 a 2000 pies) requiere unaturbina para alta presin, de impulso o tipoPelton.

Si la cada es intermedia (entre 200 y 800 pies),entonces se escoge una turbina de reaccin tipoFrancis.

Para cadas bajas (menores de 200 pies) se utilizaun tipo de turbina de reaccin tipo Kaplan.


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La turbina Francis es

un motor hidrulicode reaccin, que seemplea para caudalesy alturas medias

En la figura, est representada en semicorte axial una turbina NEYRPIC,

de 100.000 CV de potencia, 333 r.p.m. para un salto de 179 m


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HORIZONTAL VERTICAL

Para la eleccin de una turbina Francis de ejehorizontal o de eje vertical, se tienen en cuentadiversos criterios.


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COMPONENTES:

- Cmara espiral.

- Distribuidor.

- Rodete.- Tubo de aspiracin

- Eje.

- Equipo de sellado del eje de turbina.

- Cojinete gua de turbina.

- Cojinete de empuje.


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CAMARA ESPIRAL Est constituida por la unin sucesiva de una serie de

virolas tronco-cnicas, cuyos ejes respectivos formanuna espiral.


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DISTRIBUIDOR Est formado por un determinado nmero de palas

mviles, cuyo conjunto constituye un anillo que estsituado concntricamente y entre las mismas cotas en

altura que el antedistribuidor, descrito al exponer la cmaraespiral, siendo, en definitiva, camino continuado del aguaen su recorrido hacia el centro de la turbina


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RODETE Se trata de la pieza fundamental donde se obtiene la

energa mecnica deseada


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TUBO DE ASPIRACION Recibe otros nombres, tales como hidrocono, difusor, etc. Consiste en una

conduccin, normalmente acodada, que une la turbina propiamente dicha conel canal de desage. Tiene como misin recuperar al mximo la energa cinticadel agua a la salida del rodete o, dicho de otra forma, aprovechar el salto

existente entre la superficie libre del agua y la salida del rodete


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EJE Por medio del eje de turbina, al estar rgidamente

unido mediante acoplamiento al eje del alternador, setransmite al rotor de ste el movimiento de rotacin

necesario


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EQUIPO DE SELLADO Como su nombre indica, est destinado a sellar, en

definitiva, a cerrar e impedir el paso de agua quepudiera fluir desde el rodete hacia el exterior de la

turbina, por el espacio existente entre la tapa de lamisma y el eje.


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COJINETE GUIA Est situado lo ms cerca posible del rodete, sobre la

tapa superior de turbina, inmediatamente por encimadel cierre estanco o sellado del eje


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COJINETE DE EMPUJE Destinados a soportar esfuerzos axiales


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PRINCIPALES PARAMETROS QUE INFLUYEN

EN LA EFICIENCIA La altura efectiva: busca ser mxima en los casos que el agua abandona

el rodete axialmente

El perfil de los alabes del rodete: es diseado teniendo en cuentaprincipalmente, el caudal y los ngulos de entrada y salida del agua

El perfil de los alabes del distribuidor

La operacin a velocidad variable y constante

La cavitacin como turbulencia

El tamao en cuanto alas perdidas por fugas

Las perdidas por choques ala entrada del rodete Las perdidas por friccin del fluido

Las perdidas de energa cintica debido ala velocidad absoluta del aguaen la descarga del rodete.


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EFICIENCIAS Las grandes turbinas Francis se disean de forma

individual para cada emplazamiento, a efectos delograr la mxima eficiencia posible, habitualmente

ms del 90%. Son muy costosas de disear, fabricar einstalar, pero pueden funcionar durante dcadas.


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Adems de para la produccin de electricidad, puedenusarse para el bombeo y almacenamientohidroelctrico, donde un embalse superior se llena

mediante la turbina (en este caso funcionando comobomba) durante los perodos de baja demandaelctrica, y luego se usa como turbina para generarenerga durante los perodos de alta demanda

elctrica.


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Se fabrican micro turbinas Francis baratas para laproduccin individual de energa para saltos mnimosde 52 metros.


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Su diseo hidrodinmico permite bajas perdidashidrulicas, por lo cual se garantiza un alto rendimiento.

Su diseo es robusto, de tal modo se obtienen dcadas de

uso bajo un costo de mantenimiento menor con respecto aotras turbinas.Junto a sus pequeas dimensiones, con lo cual la turbina

puede ser instalada en espacios con limitaciones fsicatambin permiten altas velocidades de giro.

Junto a la tecnologa y a nuevos materiales, las nuevas

turbinas requieren cada vez menos mantenimiento
http://es.wikipedia.org/wiki/Hidrodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Rendimientohttp://es.wikipedia.org/wiki/Rendimientohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidrodin%C3%A1mica


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- Es renovable. - No se consume. Se toma el agua en un punto y se devuelve

a otro a una cota inferior. - Es autctona y, por consiguiente, evita importaciones del

exterior. - Es completamente segura para personas, animales o

bienes.

- No genera calor ni emisiones contaminantes (lluvia cida,efecto invernadero...) - Genera puestos de trabajo en su construccin,

mantenimiento y explotacin. - Requiere inversiones muy cuantiosas que se realizan

normalmente en comarcas de montaa muy deprimidaseconmicamente. - Genera experiencia y tecnologa fcilmente exportables a

pases en vas de desarrollo.


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No es recomendado paraaltura mayores de 800 m,por las presiones existentesen los sellos de la turbina.


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Hay que controlar el

comportamiento de lacavitacin.


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No es la mejor opcin para utilizar frente a grandes

variaciones de caudal, por lo que se debe tratar demantener un flujo de caudal constante previsto, antes de

la instalacin.


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