Francis Turbines:
Las turbinas Francis son las más preferidas en el sistema hidroeléctrico, representando alrededor del 60 por ciento de la capacidad global de energía hidroeléctrica. ¿Cuál es la razón detrás de su popularidad? Sencillamente, estas turbinas pueden trabajar eficientemente en una amplia gama de condiciones operativas.
La parte más importante de una turbina Francis es su rotor, también conocido como runner, el cual está equipado con una serie de aspas con formas complejas. El agua entra radialmente y sale axialmente durante el flujo del agua. Las aspas de la turbina Francis están especialmente diseñadas con una sección transversal aerodinámica delgada. Cuando el agua fluye sobre las aspas, se crea una presión baja en un lado y una presión alta en el otro lado, generando una fuerza de sustentación. Además, las aspas tienen una forma peculiar en la parte de salida, creando un efecto de cubo, lo que provoca un impacto de fuerza antes de salir del rotor.
Tanto la fuerza de impacto como la fuerza de sustentación hacen girar el rotor, por lo que la turbina Francis no es una turbina de reacción pura. Parte de la fuerza proviene de la acción de impulso. A medida que el agua fluye sobre las aspas del rotor, tanto su energía cinética como su energía de presión disminuirán.
Debido a que el flujo de agua entra radialmente y sale axialmente, a las turbinas Francis también se les conoce como turbinas de flujo mixto. El rotor está conectado a un generador a través de un eje para la producción de electricidad. Toda esta disposición se encuentra en una carcasa en espiral, por la cual ingresa el flujo de agua a través de una boquilla de entrada. A lo largo del recorrido de la carcasa en espiral, la velocidad del flujo de agua se reduce debido al estrechamiento del área, lo que asegura que el flujo entre en la región del rotor con una velocidad casi uniforme.
En la entrada del rotor se encuentran las álabes guía, cuya función básica es convertir parte de la energía de presión en energía cinética. El flujo proveniente de la carcasa en espiral se encuentra con los álabes guía, los cuales direccionan el flujo hacia la sección del rotor, reduciendo así la turbulencia del flujo de entrada.
Sabemos que la demanda de energía puede variar con el tiempo, es por eso que se utiliza un mecanismo de álabe guía para controlar el caudal de agua y asegurarse de que la producción de energía esté sincronizada con la demanda de energía. Además de controlar el caudal, los álabes guía también ajustan el ángulo de flujo en relación a la sección de entrada de las aspas del rotor, lo que garantiza que el ángulo de ataque sea óptimo para extraer la máxima potencia del fluido.
En la salida de la turbina, una baja presión puede generar problemas graves de cavitación. Por este motivo, se instala un tubo de aspiración cuidadosamente diseñado en la salida para expulsar el fluido. El tubo de aspiración transforma la energía de velocidad en energía estática, gracias a su aumento de área, y reduce la cavitación efectiva.
Esperamos que esta explicación haya sido útil y que hayas disfrutado aprendiendo sobre el funcionamiento de las turbinas Francis.
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