TURBINAS FRANCISTURBINAS FRANCISOscar Mauricio CausilOscar Mauricio CausilDaniel José PalaciosDaniel José PalaciosJonathan Humberto LópezJonathan Humberto LópezJaime Andrés AmayaJaime Andrés Amaya

DEFINICIÓN DE TURBINA FRANCIS:DEFINICIÓN DE TURBINA FRANCIS:Son conocidas como turbinas de sobrepresión por ser variable la presión en las zonas del rodete debido a que se encuentra sometido a la influencia directa del agua en toda su periferia.

También se conocen como turbinas radiales-axiales y turbinas de reacción.

El campo de aplicación es muy extenso, pueden emplearse en saltos de distintas alturas dentro de una amplia gama de caudales (entre 2 y 200 m 3/s aproximadamente).

CLASIFICACIÓN DE LA TURBINA FRANCIS:CLASIFICACIÓN DE LA TURBINA FRANCIS:Se clasif ican en función de la velocidad específ ica del rodete, cuyo número de Se clasif ican en función de la velocidad específ ica del rodete, cuyo número de revoluciones por minuto depende de las características del salto. revoluciones por minuto depende de las características del salto.

--                Turbina Francis lentaTurbina Francis lenta . Para saltos de gran altura (alrededor de 200 m o más). . Para saltos de gran altura (alrededor de 200 m o más).

--                Turbina Francis normalTurbina Francis normal . Indicada en saltos de altura media (entre 200 y 20 m).. Indicada en saltos de altura media (entre 200 y 20 m).

--       Turbinas Francis rápidas y extrarrápidasTurbinas Francis rápidas y extrarrápidas . Apropiadas a saltos de pequeña altura . Apropiadas a saltos de pequeña altura (inferiores a 20 m).(inferiores a 20 m).

CARACTERÍSTICAS:CARACTERÍSTICAS:Las turbinas Francis, son de rendimiento óptimo, pero solamente entre Las turbinas Francis, son de rendimiento óptimo, pero solamente entre unos determinados márgenes (para 60 % y 100 % del caudal máximo)unos determinados márgenes (para 60 % y 100 % del caudal máximo) ..

Pueden ser instaladas con el eje en posición Pueden ser instaladas con el eje en posición horizontal horizontal o o ver ticalver tical , , siendo esta últ ima la más general izada en el caso de unidades de gran siendo esta últ ima la más general izada en el caso de unidades de gran potenciapotencia ..

COMPONENTES DE LA TURBINA FRANCIS:COMPONENTES DE LA TURBINA FRANCIS:La relación de componentes fundamentales, considerando como La relación de componentes fundamentales, considerando como referencia el sentido de circulación del agua por la turbina, es el referencia el sentido de circulación del agua por la turbina, es el s iguientesiguiente ::

1.- Cámara Espiral1.- Cámara Espiral.

2.- Distribuidor2.- Distribuidor.

3.- Rotor o Rodete.3.- Rotor o Rodete.

4.- Tubo de Aspiración.4.- Tubo de Aspiración.

5.- Eje.

6.- Equipo de sellado del Eje.

7.- Cojinete Guía de Turbina.

8.- Cojinete de Empuje.

CÁMARA ESPIRAL:CÁMARA ESPIRAL:

Está constituida por la unión sucesiva de una serie de virolas tronco-cónicas, cuyos Está constituida por la unión sucesiva de una serie de virolas tronco-cónicas, cuyos ejes respectivos forman una espiral. ejes respectivos forman una espiral.

La sección interior, circular en la mayoría de los casos, va decreciendo La sección interior, circular en la mayoría de los casos, va decreciendo paulatinamente hasta que la virola realiza el cierre de la cámara sobre sí misma paulatinamente hasta que la virola realiza el cierre de la cámara sobre sí misma cuyo diámetro interior se reduce considerablemente.cuyo diámetro interior se reduce considerablemente.

Esta disposición se conoce como caracol de la turbina, que debido a su diseño, el Esta disposición se conoce como caracol de la turbina, que debido a su diseño, el agua circula con velocidad aparentemente constante y sin formar torbell inos agua circula con velocidad aparentemente constante y sin formar torbell inos evitando pérdidas de carga.evitando pérdidas de carga.

DISTRIBUIDOR:DISTRIBUIDOR:

El distribuidor, está formado por un determinado número de palas El distribuidor, está formado por un determinado número de palas móviles, cuyo conjunto constituye un anil lo que está situado móviles, cuyo conjunto constituye un anil lo que está situado concéntricamente y entre las mismas cotas en altura que el concéntricamente y entre las mismas cotas en altura que el antedistribuidor. antedistribuidor. Su función es la de distribuir y regular o cor tar totalmente, el Su función es la de distribuir y regular o cor tar totalmente, el caudal de agua que fluye hacia el rodete.caudal de agua que fluye hacia el rodete.

LOS ELEMENTOS COMPONENTES DEL LOS ELEMENTOS COMPONENTES DEL DISTRIBUIDOR SON:DISTRIBUIDOR SON:

PALAS DIRECTRICES: PALAS DIRECTRICES: Son palas móviles. También se les l lama alabes directrices o directores. Son palas móviles. También se les l lama alabes directrices o directores. Cada una de el las puede orientarse al girar su eje respectivo.Cada una de el las puede orientarse al girar su eje respectivo.

Pasan de la posición de cerrado total, cuando están empalmadas unas Pasan de la posición de cerrado total, cuando están empalmadas unas sobre otras, a la de máxima aper tura que corresponde al desplazamiento sobre otras, a la de máxima aper tura que corresponde al desplazamiento extremo quedando en dirección radial y manteniendo así una extremo quedando en dirección radial y manteniendo así una convergencia hacia el ejeconvergencia hacia el eje ..

se trata de un conjunto de dispositivos mecánicos, a base de servomecanismos, palancas y bielas, que constituyen el equipo de regulación de la turbina, gobernado por el regulador de velocidad.

SERVOMOTORES:SERVOMOTORES:Normalmente son dos, cada uno accionado por aceite a presión por órdenes Normalmente son dos, cada uno accionado por aceite a presión por órdenes recibidas del regulador. La f igura (a) muestra el recibidas del regulador. La f igura (a) muestra el accionamiento del anil lo de accionamiento del anil lo de distribución por dos Servomotores y las f iguras (b) y (c) muestran distribución por dos Servomotores y las f iguras (b) y (c) muestran el el accionamiento accionamiento del ani l lo de distribución por un solo Servomotor. del ani l lo de distribución por un solo Servomotor.

La función es que se desplaza una gran biela, en sentido inverso una respecto de La función es que se desplaza una gran biela, en sentido inverso una respecto de la otra a modo de brazos de un par de fuerzas, los cuales proporcionan un la otra a modo de brazos de un par de fuerzas, los cuales proporcionan un movimiento de giro alternativo a un aro móvil l lamado anil lo o volante de movimiento de giro alternativo a un aro móvil l lamado anil lo o volante de distribución, concéntrico con el eje de la turbinadistribución, concéntrico con el eje de la turbina .

ANILLO DE DISTRIBUCIÓN:ANILLO DE DISTRIBUCIÓN:

Con sus movimientos en sentido de aper tura o cierre total o parcial , hace girar a Con sus movimientos en sentido de aper tura o cierre total o parcial , hace girar a todas y cada una de las palas directrices por medio de palancas de unión entre todas y cada una de las palas directrices por medio de palancas de unión entre éste y la par te superior de cada uno de los ejes respectivos de aquellas.éste y la par te superior de cada uno de los ejes respectivos de aquellas.

El giro conjunto y uniforme de las palas directrices permite variar la sección de El giro conjunto y uniforme de las palas directrices permite variar la sección de paso de agua a través del distribuidor.paso de agua a través del distribuidor.

Las palancas reciben el nombre de bieletas y bielas, según el sentido desde el Las palancas reciben el nombre de bieletas y bielas, según el sentido desde el ani l lo de distribución hacia las palas directricesanil lo de distribución hacia las palas directrices .

BIELAS Y BIELETAS:BIELAS Y BIELETAS:La conexión entre la bieleta correspondiente l igada al anil lo y el eje de la pala directriz respectiva, se realiza mediante una biela formada por dos piezas superpuestas adecuadamente.

El punto común de enlace entre las mismas puede ser un bulón que hace la función de fusible mecánico.

La unión rígida de cada bieleta con el eje de la pala dependiente, se consigue mediante varias chavetas.

RODETE DE LA TURBINA FRANCIS:RODETE DE LA TURBINA FRANCIS:

Es la par te donde se obtiene la energía mecánica deseada. Está unido rígidamente a la par te inferior del eje de la turbina, en situación per fectamente concéntrica con el distribuidor, ocupando el espacio circular que éste del imita.

Consiste en un conducto, normalmente acodado, que une la turbina con el canal de desagüe¾ Tiene como misión recuperar al máximo la energía cinética del agua a la salida del rotor

Es por medio del eje de turbina, que al estar rígidamente unido mediante un acoplamiento al eje del generador, transmite al rotor del generador el movimiento de rotación

es sobre el eje del generador donde se dispone del sistema para soportar todo el peso del conjunto formado por: los ejes, el rotor del generador, la turbina y el empuje del agua sobre los álabes de la turbina

Está destinado a sellar, cerrar e impedir el paso de agua, que pudiera fluir desde el rotor hacia el exterior de la turbina, por el espacio existente entre la tapa de la turbina y el eje

Consta de una serie de aros formados por juntas de carbón o material sintético presionadas, generalmente por medio de servomecanismos hidráulicos u otro medio mecánico, sobre un collar solidario al eje

Constituye un anillo,normalmente divididoradialmente en dosmitades, o de una seriede segmentos, que seasientan perfectamentesobre el eje.Las superficies en contactoestán recubiertas de material antifricción

Las superficiesde contacto delcojinete estaentallado,vertical odiagonalmente,a fin defavorecer lacirculación deaceite y asílograrautolubricación.

Este elemento, conocido también como soporte de suspensión, es un componente característico y necesario en todos los grupos (conjunto turbina-generador) de eje vertical.

Su ubicación, respecto al eje del grupo varia según los tipos de turbinas.

La instalación de este tipo de turbinas se realiza generalmente en centrales en las que para la alimentación de agua se requiere de la existencia de un embalse.

Otra particularidad de la instalación de estas turbinas, radica en que el conjunto: cámara espiral – distribuidor – rotor –tubo de aspiración, se encuentran a una cota inferior respecto a la cota del agua a su salida.

En saltos de muy poca altura, la turbina se halla sumergida, en este caso no se dispone de cámara espiral, el rotor se instala en el interior de una cámara abierta conectada directamentecon la toma de agua oel embalse.

La energía de presión del agua embalsada, se convierte en energía cinética en su recorrido por la tubería de descarga, la cámara espiral, el pre-distribuidor y el distribuidor.

En tales condiciones, provoca el giro del rotor, al discurrir a través de los álabes de la turbina.

A la salida del rotor, el tubo de aspiración produce una depresión o succión, es en este conducto donde nuevamente la energía cinética es convertida en energía de presión.

GRACIASGRACIAS