Presentación_Turbinas Francis editada

Versión Febrero de 2012

TURBINAS FRANCIS

La turbina Francis es del tipo de reacción, se llama así en recuerdo de su inventor, se diferencia de las otras clases de turbinas en que el agua llega radialmente sobre el rodete y al atravesarlo se desvía en un ángulo recto para descargarse paralelo al eje de rotación.

Se usan para cargas medianas (aproximadamente 30-400 m) y caudales de medios a altos.

ZOPPETTI JÚDEZ, Gaudencio. Centrales Hidroeléctricas. Su Estudio, Montaje, Regulación y Ensayo. España: Editorial Gustavo Gili, S.A. 1979. 509 p.VIEJO ZUBICARAY, Manuel; ALONSO PALACIOS, Pedro. Energía Hidroeléctrica. Turbinas y Plantas Generadoras. México : Limusa. 1977. 330 p.

• James Bicheno Francis was born in England in 1815. He quit school in his early teens to work on canal construction projects. In 1833 he moved to the United States.

• In America, Francis was hired by a prominent New England engineer. One of the young man's first tasks was to disassemble, study, measure and diagram a locomotive imported from Britain so it could be duplicated in America. (We call that "reverse engineering" today.) When his boss moved away in 1837, Francis took over his position as chief engineer of all the locks and canals in the burgeoning industrial center of Lowell, Massachusetts.

• Francis was just 22 years old when he became the chief engineer in Lowell. He kept that job for more than four decades, eventually managing every aspect of the water that powered Lowell's important textile mills and transported its cargo. He built new canals, waterwheels, dams, locks and reservoirs; under his supervision, Lowell became a major industrial city and the world's most famous waterpower center. Francis judiciously settled water rights disputes between factories. He built flood gates that saved the city from disaster. He designed a firefighting system that included hydrants and sprinklers. He advised and assisted the builders of factories and mills.

• Francis's approach to hydraulic engineering was investigative and experimental, making him one of the first engineers to use scientific techniques in industry. He methodically tested materials and meticulously studied data. He developed new formulas for measuring the consumption and flow of water. He also invented a new kind of turbine, known as the "Francis turbine," which is still used today -- including in many of the world's largest hydroelectric power plants.

• Francis received several honors during his career, including election to the presidency of the American Society of Civil Engineers. He died on September 18, 1892.

• http://www.tecsoc.org/pubs/history/2002/sep18.htm

CLASIFICACIÓN

• SEGÚN LA DISPOSICIÓN DEL EJE

• EJE HORIZONTAL: Proporciona fácil acceso a todas las partes de la unidad. Debido al giro de 90° que necesita el agua a la salida del rotor, su rendimiento es menor que las turbinas de eje vertical.

• EJE VERTICAL: Requiere espacio mínimo en la casa de máquinas. Permite colocar la turbina a un nivel más bajo con respecto al nivel de aguas a la descarga. Se reduce la tendencia a la cavitación.

TURBINA DE EJE HORIZONTAL

ZOPPETTI JÚDEZ, Gaudencio. Centrales Hidroeléctricas. Su Estudio, Montaje, Regulación y Ensayo. España: Editorial Gustavo Gili, S.A. 1979. 509 p.

• In 1911 the workers at Stave Falls installed two state of the art 13,000 horsepower horizontal Escher-Wyss reaction turbines, manufactured in Switzerland at a total cost of $93,387

When BC Electric raised the Stave Falls dam in the early 20s and added extra generating capacity, its engineers were limited by the existing powerhouse design. As a result, turbines 3 and 4 were identical to the first two units. The fifth unit (above) was added in 1925, and was a larger horizonal shaft design by a different manufacturer.

In 2000 the old Stave Falls powerhouse was decomissioned and a new facility went onstream. the new facility's two highly efficient vertical turbines and sophisticated computer control systems produce nearly twice as much electricity as the five original Stave Falls units did - from the same amount of water.

• http://www.flickr.com/photos/seawallrunner/2433520980/

http://rds.yahoo.com/_ylt=A0WTb_xiXEBIGc0A0D2jzbkF/SIG=12aeq7slk/EXP=1212263906/**http%3A//www.flickr.com/photos/seawallrunner/2433520980/








Turbina Francis eje horizontal

http://www.koessler.com/index.php?cmd=cmdFrontendPopup&id=7&area=francis

En esta diapositiva se aprecia la válvula de admisión y parte del tubo de aspiración.

http://www.koessler.com/index.php

TURBINA DE EJE VERTICAL


Turbina Francis de Eje Vertical

Turbina Hidráulica Francis. Fabricante Charmilles

CLASIFICACIÓN

• SEGÚN LA VELOCIDAD ESPECÍFICA (forma del rodete)

• Francis Pura: Saltos de agua con cargas relativamente grandes y caudales relativamente reducidos.

• Francis Mixta: Saltos de agua con cargas medianas y bajas, y caudales medianos y relativamente grandes. (mayor velocidad específica)

POLO ENCINAS, Manuel. Turbomáquinas Hidráulicas. 3 ed. México : Limusa. 1983. 295 p.

TURBINA FRANCIS PURA


Prácticamente toda la transferencia energética de fluido a rotor se efectúa mientras el agua pasa a través de los álabes, todo el tiempo en dirección radial y de afuera hacia dentro, con un aprovechamiento máximo de la acción centrípeta.

CARACTERÍSTICAS RODETE FRANCIS PURO (lento)

• La sección de entrada es estrecha

• El diámetro de salida es pequeño mientras que el de entrada es grande

• Flujo radial-axial

• Se utiliza en caídas grandes

• Aprovechamiento máximo de la acción centrípeta.

VIEJO ZUBICARAY, Manuel; ALONSO PALACIOS, Pedro. Energía Hidroeléctrica. Turbinas y Plantas Generadoras. México : Limusa. 1977. 330 p.

TURBINA FRANCIS PURA


• Voith Siemens Hydro Power Generation• http://www.kekenergia.hu/szivatty.html

TURBINA FRANCIS PURA DE EJE VERTICAL

http://www.kekenergia.hu/www.vs-hydro.com


TURBINA FRANCIS MIXTA (rápida)


El agua recorre los álabes en dirección radial y de afuera hacia dentro sólo en una parte de los mismos, terminando el agua su recorrido entre los álabes en la dirección axial, en cuya fase final trabaja como turbina axial

CARACTERÍSTICAS RODETE FRANCIS MIXTO

• El diámetro de entrada es pequeño y el diámetro de salida es grande

• Flujo casi axial• Se utiliza en caídas pequeñas• Con los rodetes mixtos (rápidos) se obtienen

velocidades de operación más altas para el mismo salto que con los rodetes puros (lentos)


• Voith Siemens Hydro Power Generation• http://www.kekenergia.hu/szivatty.html

TURBINA FRANCIS MIXTA DE EJE VERTICAL



TURBINA FRANCIS PURA Y FRANCIS MIXTA


PARTES PRINCIPALES DE UNA TURBINA FRANCIS

• CÁMARA ESPIRAL (Caja espiral, caracol, carcasa, voluta): Es enrollada en forma espiral para distribuir el agua igualmente a todas las partes del rotor. El flujo va disminuyendo, por lo cual, si la carcasa fuese de sección transversal constante, la velocidad de entrega del líquido al rotor disminuiría. La carcasa es de sección generalmente circular.

La carcasa convierte la energía de presión en energía de velocidad debido a un cambio gradual de áreas


CÁMARA ESPIRAL

ENCICLOPEDIA CEAC DE LA ELECTRICIDAD. Centrales Eléctricas. España: Ediciones Ceac.1990. 772 p.

ENCICLOPEDIA CEAC DE LA ELECTRICIDAD. Centrales Eléctricas. España: Ediciones Ceac.1990. 772 p.

ANILLO DE ÁLABES FIJOS

En el centro de la carcasa hay un anillo de álabes fijos que tiene como propósito transmitir la fuerza del agua a las fundaciones (cimiento) y guiar el agua, distribuyéndola, hacia el anillo de álabes directrices (álabes móviles)

ANILLO DE ÁLABES FIJOS


http://www.tbhic.cn/en/productp.asp?id=8

Anillo de álabes fijos. Hidroeléctrica de Gansu Jiudian Gorge. 110MW

http://www.tbhic.cn/en/productview.asp?id=62

Álabes fijos

Central de Nuevo Libaré- Pereira

Los álabes fijos hacen parte integral de la caja espiral en esta pequeña turbina Francis de 5 MW

ANILLO DE ÁLABES MÓVILES (DIRECTRICES)

Luego de pasar el agua por el anillo de álabes fijos, pasa por un anillo de álabes móviles (distribuidor) . Este anillo está constituido por una serie de álabes móviles directores en forma de persiana circular, ideados por Fink, cuyo paso se puede modificar con la ayuda de un servomotor, lo que permite imponer al fluido la dirección de ataque exigida por el rodete móvil y además regular el gasto (caudal de agua) de acuerdo con la potencia pedida a la turbina. Los álabes se pueden cerrar completamente. Cada álabe esta conectado al anillo de control por una biela. Si un obstáculo se introduce entre dos álabes, bloquearía el movimiento de estos, por esta razón se puede emplear la biela ó el pasador de ésta como fusible mecánico.

POLO ENCINAS, Manuel. Turbomáquinas Hidráulicas. 3 ed. México : Limusa. 1983. 295 p.ZOPPETTI JÚDEZ, Gaudencio. Centrales Hidroeléctricas. Su Estudio, Montaje, Regulación y Ensayo. España: Editorial Gustavo Gili, S.A. 1979. 509 p.


La reducción de paso del agua cuando se va cerrando la admisión lo hace en el mismo grado en todos los canales que forman las palas sin que las venas líquidas que los recorren experimenten desviaciones bruscas o contracciones. Con este sistema de cierre la turbina conserva un rendimiento elevado aun cuando trabaje con admisión reducida.

Las palas del distribuidor se mueven simultáneamente sobre ejes paralelos al del rodete, cuyos álabes son fijos.

En el distribuidor se transforma parcialmente la energía de presión en energía cinética.


FUNCIONES DEL DISTRIBUIDOR

En resumen, las funciones del distribuidor son:

• Guiar el agua en dirección más conveniente a los álabes del rodete, para obtener la óptima eficiencia.

• Regular el gasto (caudal) que penetra al rodete

• En caso de emergencia puede servir como válvula


Central de Anchicaya.

DISTRIBUIDOR-ALABES MÓVILES (PALAS FINK)


ÁLABES DEL DISTRIBUIDOR CERRADOS

http://www.gugler.com/english/pro_francis.htm

Anillo de álabes fijos y mecanismo Fink para los álabes móviles

http://www.tbhic.cn/en/productp.asp?id=8

http://www.tbhic.cn/en/productview.asp?id=61

Boletín ASEA. 1967

Palas Fink y álabes móviles

http://www.koessler.com/index.php?cmd=cmdFrontendPopup&id=5&area=francis

http://www.koessler.com/index.php

http://www.gugler.com/pdf/ref_francis/Referenzblatt%20KW%20Malakasiotiko%20Francis.pdf

http://www.vaphydro.bg/products.php?cat=19&prod=32&lang=en

RODETE

El rodete está conformado por los propios álabes, los cuales están engastados en un plato perpendicular al eje de la máquina, de cuyo plato arrancan siguiendo la dirección axial, tomando en forma progresiva un alabeo y abriéndose hacia la dirección radial, con lo que el conjunto presenta forma abocardada, tanto más acentuada cuanto mayor sea la acción axial exigida a la turbina. Los álabes se ciñen en su extremo final por un suncho en forma de anillo para dar la debida rigidez al conjunto.


El rodete aprovecha la componente tangencial de la velocidad del agua y la convierte en energía rotacional. Su eje va acoplado al del generador eléctrico.

CONSTRUCCIÓN• Rodetes moldeados en una sola pieza (limitado

por el tamaño del rodete y sus posibilidades de transporte)

• Rodetes moldeados en varias piezas fijadas mecánicamente.

• Rodetes constituidos por soldadura a partir de elementos moldeados separados. Los álabes, la corona y la banda se moldean por separado.

• Rodetes compuestos. Es una variante del anterior. Se obtienen algunos de los elementos separados partiendo de placas. Los álabes por ejemplo, pueden forjarse en prensa.


RODETE FRANCIS CONSTRUIDO EN DOS PARTES


Rodete Francis de Outardes IV, Canadá (Neyrpic)

http://www.andritz.com/hydro-media-picture-gallery-agus.jpg

Power plant AgusWorkshop assembly of a fabricated Francis runner for the Agus power plant in Philippines.

Power plant CirataWelding of the blades for a Francis turbine runner for the Cirata project in Indonesia.

http://www.andritz.com/hydro-media-picture-gallery-cirata.jpg

Presentación_Turbinas Francis editada

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