Generador hidroeléctrico de energía alternativa de 500 kW con turbina Francis Hydro en Uzbekistán
La turbina Francis se define como una combinación de turbina de impulso y de reacción, donde las palas giran utilizando tanto la fuerza de reacción como la de impulso del agua que fluye a través de ellas, generando electricidad de manera más eficiente. La turbina Francis se utiliza con mayor frecuencia para la producción de electricidad en centrales hidroeléctricas de mediana o gran escala.
Estas turbinas pueden utilizarse para saltos de agua de entre 2 y 300 metros. Además, ofrecen la ventaja de funcionar igual de bien tanto en posición horizontal como vertical. El agua que pasa por una turbina Francis pierde presión, pero mantiene una velocidad prácticamente constante, por lo que se considera una turbina de reacción.
La descripción del diagrama de componentes principales de cada turbina Francis es la siguiente.
Revestimiento en espiral
La carcasa espiral es el conducto de entrada de agua a la turbina. El agua que fluye desde el embalse o la presa pasa a través de esta tubería a alta presión. Las palas de la turbina están dispuestas circularmente, lo que significa que el agua que incide sobre ellas debe fluir en un eje circular para un impacto eficiente. Por ello se utiliza la carcasa espiral, pero debido al movimiento circular del agua, esta pierde presión.
Para mantener la misma presión, el diámetro de la carcasa se reduce gradualmente, logrando así un impulso o velocidad uniforme que incide sobre los álabes del rotor.
Vanas de retención
Las paletas de retención y las paletas guía dirigen el agua hacia los álabes del rotor. Las paletas de retención permanecen fijas en su posición y reducen la turbulencia del agua causada por el flujo radial al entrar en los álabes del rotor, lo que aumenta la eficiencia de la turbina.
Paletas guía
Las paletas directrices no son fijas; cambian de ángulo según sea necesario para controlar el ángulo de incidencia del agua sobre las palas de la turbina y así aumentar la eficiencia. También regulan el caudal de agua hacia las palas del rotor, controlando de esta forma la potencia de salida de la turbina en función de la carga a la que está sometida.
Cuchillas de corredor
Los álabes del rotor son el corazón de cualquier turbina Francis. En ellos incide el fluido y la fuerza tangencial del impacto provoca la rotación del eje de la turbina, generando par motor. Es fundamental prestar especial atención al diseño de los ángulos de los álabes a la entrada y a la salida, ya que son parámetros clave que afectan a la producción de energía.
Las palas del rotor constan de dos partes. La mitad inferior tiene forma de pequeño cubo y hace girar la turbina mediante el impulso del agua. La parte superior, por su parte, aprovecha la fuerza de reacción del agua que fluye a través de ella. El rotor gira gracias a estas dos fuerzas.
Tubo de tiro
La presión a la salida del rodete de la turbina de reacción suele ser inferior a la presión atmosférica. Por lo tanto, el agua a la salida no puede descargarse directamente al canal de descarga. Para ello, se utiliza un tubo o conducto de sección creciente para evacuar el agua desde la salida de la turbina hasta el canal de descarga.
Este tubo de sección creciente se denomina tubo de aspiración. Un extremo del tubo está conectado a la salida del canal de descarga. Sin embargo, el otro extremo está sumergido por debajo del nivel del agua en el canal de descarga.
Principio de funcionamiento de la turbina Francis con diagrama
Las turbinas Francis se emplean habitualmente en centrales hidroeléctricas. En estas centrales, el agua a alta presión entra en la turbina a través de la carcasa en forma de espiral (la voluta). Este movimiento disminuye la presión del agua al curvarse dentro del tubo; sin embargo, la velocidad del agua permanece constante. Tras pasar por la voluta, el agua fluye a través de los álabes directores y se dirige hacia las palas del rotor con ángulos óptimos. Dado que el agua atraviesa las palas curvas del rotor, se desvía ligeramente hacia los lados. Esto provoca que el agua pierda parte de su movimiento de remolino. El agua también se desvía axialmente para salir por un tubo de aspiración hacia el canal de descarga.
El tubo mencionado reduce la velocidad de salida del agua para obtener la máxima energía del agua de entrada. El proceso de desviación del agua a través de las palas del rotor genera una fuerza que impulsa las palas hacia el lado opuesto al desviarse el agua. Esta fuerza de reacción (como sabemos por la tercera ley de Newton) es la que transmite la energía del agua al eje de la turbina, manteniendo así la rotación. Dado que la turbina se mueve debido a esta fuerza de reacción, las turbinas Francis se conocen como turbinas de reacción. El proceso de cambiar la dirección del flujo de agua también disminuye la presión dentro de la propia turbina.
Ventajas del producto
1. Capacidad de procesamiento integral. Tales como OPERADOR DE VTL CNC 5M, máquinas mandrinadoras de piso CNC 130 y 150, horno de recocido de temperatura constante, fresadora cepilladora, centro de mecanizado CNC, etc.
2. Su vida útil prevista es de más de 40 años.
3. Forster ofrece un servicio gratuito en el sitio por única vez si el cliente compra tres unidades (capacidad ≥100 kW) en un año, o si el monto total supera las 5 unidades. El servicio en el sitio incluye inspección de equipos, verificación del sitio nuevo, capacitación en instalación y mantenimiento, etc.
4. Se aceptan fabricantes de equipos originales (OEM).
5. Mecanizado CNC, prueba de equilibrio dinámico y procesamiento de recocido isotérmico, prueba NDT.
6. Capacidades de diseño e I+D: 13 ingenieros sénior con experiencia en diseño e investigación.
7. El consultor técnico de Forster trabajó en el campo de las turbinas hidroeléctricas durante 50 años y recibió una subvención especial del Consejo de Estado chino.
Vídeo de un generador de turbina Francis de 500 kW.
