7/23/2019 Turbina Francis Expo
1/49
PLANTAS HIDROELECTRICAS
TURBINA FRANCIS
7/23/2019 Turbina Francis Expo
2/49
7/23/2019 Turbina Francis Expo
3/49
Las norias y turbinas hidrulicas han sido usadashistricamente para accionar molinos de diversostipos, aunque eran bastante ineficientes.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
4/49
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.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
5/49
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.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
6/49
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.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
7/49
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.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
8/49
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
7/23/2019 Turbina Francis Expo
9/49
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.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
10/49
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.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
11/49
COMO OPERAN
LAS TURBINAS FRANCIS
7/23/2019 Turbina Francis Expo
12/49
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.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
13/49
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
7/23/2019 Turbina Francis Expo
14/49
TURBINA FRANCIS LENTA Para saltos de gran altura, alrededor de 200 m o ms
7/23/2019 Turbina Francis Expo
15/49
TURBINA FRANCIS NORMAL Indicada en saltos de altura media, entre 200 y 20 m
7/23/2019 Turbina Francis Expo
16/49
TURBINA FRANCIS RAPIDA Y
EXTRARAPIDAApropiadas para saltos de pequea altura, inferiores a
20 m
7/23/2019 Turbina Francis Expo
17/49
TURBINA DE EJE VERTICAL
7/23/2019 Turbina Francis Expo
18/49
TURBINA DE EJE HORIZONTAL
7/23/2019 Turbina Francis Expo
19/49
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.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
20/49
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
7/23/2019 Turbina Francis Expo
21/49
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
7/23/2019 Turbina Francis Expo
22/49
7/23/2019 Turbina Francis Expo
23/49
7/23/2019 Turbina Francis Expo
24/49
7/23/2019 Turbina Francis Expo
25/49
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.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
26/49
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.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
27/49
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.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
28/49
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
7/23/2019 Turbina Francis Expo
29/49
HORIZONTAL VERTICAL
Para la eleccin de una turbina Francis de ejehorizontal o de eje vertical, se tienen en cuentadiversos criterios.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
30/49
COMPONENTES:
- Cmara espiral.
- Distribuidor.
- Rodete.- Tubo de aspiracin
- Eje.
- Equipo de sellado del eje de turbina.
- Cojinete gua de turbina.
- Cojinete de empuje.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
31/49
CAMARA ESPIRAL Est constituida por la unin sucesiva de una serie de
virolas tronco-cnicas, cuyos ejes respectivos formanuna espiral.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
32/49
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
7/23/2019 Turbina Francis Expo
33/49
RODETE Se trata de la pieza fundamental donde se obtiene la
energa mecnica deseada
7/23/2019 Turbina Francis Expo
34/49
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
7/23/2019 Turbina Francis Expo
35/49
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
7/23/2019 Turbina Francis Expo
36/49
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.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
37/49
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
7/23/2019 Turbina Francis Expo
38/49
COJINETE DE EMPUJE Destinados a soportar esfuerzos axiales
7/23/2019 Turbina Francis Expo
39/49
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.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
40/49
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.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
41/49
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.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
42/49
Se fabrican micro turbinas Francis baratas para laproduccin individual de energa para saltos mnimosde 52 metros.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
43/49
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%A1mica7/23/2019 Turbina Francis Expo
44/49
- 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.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
45/49
7/23/2019 Turbina Francis Expo
46/49
No es recomendado paraaltura mayores de 800 m,por las presiones existentesen los sellos de la turbina.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
47/49
Hay que controlar el
comportamiento de lacavitacin.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
48/49
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.
7/23/2019 Turbina Francis Expo
49/49
Top Related