Turbina Francis

Romero Ojeda Paulo Albert - 13300651García Rolón Eric Alejandro - 13300478

Víctor Daniel Álvarez González - 13300378

Gutiérrez Arámbula Diego - 13300499 Sentíes Mares Oscar Alejandro -

13300677 T/M 4E2 02/06/15

Introducción:

En esta presentación se explicará:

•Qué es una Turbina Francis•Cómo se clasifican •Partes y aplicaciones de las Turbinas Francis•Algunos conceptos básicos

También se explicarán de la manera más detallada posible todos los temas que se mencionaron anteriormente, por último se mostrará un video acerca del tema para una mayor comprensión del mismo.

Antecedentes:A principios del siglo XIX: Se utilizaron turbinas hidráulicas para el funcionamiento de diversos tipos de molinos en pequeñas industrias cercanas a los ríos.

Durante el siglo XIX: Se mejoró el diseño de las Turbinas hidráulicas hasta el punto donde su eficiencia llegó a ser más alta que las máquinas a vapor de la época.

En 1820 Jean V. Poncelet: diseñó una turbina de flujo interno.

Antecedentes:

En 1826 Benoit Fourneyron: Desarrolló una turbina de flujo externo de alta eficiencia (80%).

En 1848 James B. Francis: Mejoró el diseño de las turbinas y desarrolló una con el 90% de eficiencia, además aplicó principios y métodos de prueba científicos para producir una de las turbinas más eficientes de las que se tiene registro.

Desarrollo del tema:Conceptos básicos:

• HidráulicaEs la tecnología que emplea un fluido como método de transmisión de la energía dentro de un sistema.

• EmbalseEs un depósito de agua que se forma de manera artificial.

• RepresaEs una obra que se lleva a cabo para contener o regular el curso del agua.

Turbina Francis

Definición:Se trata de una turbo-máquina motora a reacción y de flujo mixto, que utiliza un fluido para su funcionamiento.

Actualmente la Turbina Francis es la turbina que más se utiliza en la generación de electricidad, generalmente en las instalaciones eléctricas y represas a lo largo de todo el mundo, debido a su eficiencia tan alta, su bajo costo de mantenimiento y la producción tan grande de energía que se puede generar.

Clasificación general:

Se clasificó a la Turbina Francis en base a su instalación, rodete y su posición; por ejemplo:

En base a su capacidad:•Espiral•Pozo De acuerdo a su rodete:•Lento •Normal•Rápido En base a su posición:•Vertical•horizontal

Clasificación en base a su capacidad:

•Pozo:Son utilizadas principalmente en centrales hidroeléctricas con bajas caídas aproximadamente de 50 m - 100 m y grandes volúmenes de agua.

•Espiral:Se emplean en instalaciones con potencias más altas y alturas de caída desde 100 m hasta 250 m aproximadamente y donde no varía mucho el caudal de agua. Por sus elevados números de revoluciones permite un acople directo entre la turbina y el generador.

Clasificación en base al Rodete:

Rodete lento:

Son de tipo radial, admisión centrípeta y tubo de aspiración, siempre se construyen en condiciones de rendimiento máximo, se utilizan en los grandes saltos, con el aumento del diámetro se tiende a reducir el número de revoluciones.

Clasificación en base al Rodete:

Rodete normal:Se caracterizan porque el diámetro es ligeramente superior al del tubo de aspiración, además se utilizan en lugares con un flujo estable y una altura de caída menor a los 200 m.

Clasificación en base al Rodete:

Rodete rápido :Se puede obtener elevadas velocidades de rotación, debido a que el diámetro del rodete es menor que el del tubo de aspiración y el cambio de dirección del agua se efectúa más bruscamente que en las turbinas normales, también cuando se utiliza un rodete rápido se puede acoplar de una manera directa la turbina y el generador.

Clasificación en base a su posición:

Vertical:Son Turbinas que se utilizan para alturas o profundidades pequeñas y revoluciones bajas.

Horizontal:Son turbinas que se instalan en represas con alturas y profundidades muy grandes, por lo que las revoluciones que se manejan por lo general son muy altas.

Número específico de revoluciones:

El número de revoluciones es un dato que se utiliza para la instalación de las turbinas, debido a que brinda indicaciones precisas que permiten determinar las turbinas más adecuadas para un salto de altura y caudal conocidos.

Donde:n= Velocidad de la turbina en rpmp= Potencia de la turbina en CVh= Altura del salto en metros

Factores que se deben tomar en cuenta al instalar una turbina:

Algunos de los factores que se deben tomar en cuenta al elegir una turbina son los siguientes:

•Ubicación del generador •Cantidad de flujo en el conducto•Costo o presupuesto para su instalación•Capacidad requerida •Forma e instalación requerida •Eficiencia requerida

Partes de una Turbina Francis

Las partes más básicas son las siguientes:

Partes de una Turbina Francis

Las partes más básicas son las siguientes:

1. Rodete2. Cámara de descarga3. Cámara de aspiración4. Distribuidor5. Álabes directrices

Partes de una Turbina Francis

Las partes más básicas son las siguientes:

1. Rodete2. Eje3. Álabes móviles 4. Pivotes o pernos

Datos generales:•Entre las marcas que se comercializan más hoy en día son las siguientes:

OssbergerCanyonhydroCerpch

•Ejemplos de modelos y costos:Número de Modelo: Francis tipo hl220-wj-84Precio: US $5000.00

Datos generales:Número de Modelo: Turbina Francis MDVoltaje de Salida (V): 400kwPrecio: $8000.00 US

•Capacidades de las Turbinas Francis:

Actualmente la Turbina Francis más grande del mundo está ubicada en la provincia de Hubei en China y tiene una capacidad de producción neta de 22,800 MW.

Datos generales:Algunas represas con las Turbinas Francis más grandes en el mundo son las siguientes:

•La central hidroeléctrica de las Tres Gargantas de 22.500 MW situada en Yichang, provincia de Hubei, China.

•La central hidroeléctrica de Itaipú, con una potencia instalada de 14.000 MW se sitúa como la segunda mayor del mundo, se ubica en el río Paraná, en la frontera entre Brasil y Paraguay.

Datos generales:La central Guri, se posiciona como la tercera más grande del mundo con una capacidad instalada de 10.200 MW. Las instalaciones se encuentran en el río Caroní, situado en el Estado de Bolívar, Venezuela.

Aplicaciones:

Las Turbinas Francis se utilizan principalmente para la generación de electricidad en represas y lagos en todo el mundo.

Conclusiones En lo general se concluyó que la Turbina Francis es una de las máquinas más eficientes en el mundo, además es muy útil cuando se habla de generar electricidad debido a que utiliza solamente la caída natural de un flujo o cuerpo de agua para funcionar, aunque su inversión es muy alta al inicio es mucho menor posteriormente, además es un instrumento que se relaciona íntimamente con la mecánica de fluidos y sus ramas como lo puede ser la hidráulica entre otras.

Referencias Bibliográficas

1.- Anónimo. (s.f.). http://fluidos.eia.edu. Recuperado el 29 de 05 de 2015, de http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/maquinashidraulicas/turbina_francis/turbina_francis.html

2.- Anónimo. (s.f.). tripod. Recuperado Mayo 26, 2015, de members.tripod.com.mx: http://members.tripod.com/mqhd_ita.mx/maqinas4.htm

3.- Definición.de. (2008). definicion.de. Recuperado el 31 de 05 de 2015, de http://definicion.de/embalse/

4.- Definición.de. (2008). Definición.de. Recuperado el 31 de 05 de 2015, de http://definicion.de/represa/ 

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7.- Zuluaga Salazar, J. D. (s.f.). Fluidos EIA. Recuperado el 31 de 05 de 2015, de Escuela de Ingeniería de Antioquía: http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/maquinashidraulicas/turbina_francis/turbina_francis.html

Preguntas de Repaso1.- Nombre del inventor de la turbina Francis, fecha de su creación y eficiencia de ésta: R=  James B. Francis, en 1848 con el 90% de eficiencia.2.- Descripción o definición de la turbina Francis: R= Es una turbo-máquina motora a reacción con flujo mixto, que utiliza un fluido líquido para su funcionamiento.3.- ¿Por qué las turbinas Francis son las que más se utilizan en la actualidad?: R= Debido a su eficiencia tan alta, su bajo costo de mantenimiento y la producción tan grande de energía que se puede generar.

Preguntas de Repaso4.- Formas en las que se clasifica la turbina Francis:R= En base a su capacidad, de acuerdo a su rodete, por su posición de instalación.5.- ¿Cómo se define el concepto de Número de revoluciones?:R= Es un dato que brinda indicaciones precisas que permiten determinar las turbinas más adecuadas para un salto de altura y caudal conocidos.6.- Factores que se deben tomar en cuenta para la instalación de una turbina:R= Ubicación del generador, cantidad de flujo, presupuesto, capacidad requerida, forma de instalación requerida, eficiencia requerida.

Preguntas de Repaso

7.- Alturas en las que se utilizan las estructuras de pozo y espiral en las turbinas Francis: R= Las de pozo de 50 m - 100 m y las de espiral de 100 hasta 250 m.

8.- Componente vital de las turbinas:R= El rotor o rodamiento

9.- ¿Cuáles son las dos formas de álabes que se utilizan en la fabricación de las Turbinas Francis?:R= Casi axiales y Radiales.