Un dels elements més utilitzats a nivell global per a la generació d'energia hidroelèctrica és la turbina Francis. Es tracta d'una turbo màquina que va ser desenvolupada per James B. Francis i que funciona a través de la reacció i de flux mixt. Són turbines hidràuliques que són capaços de poder donar un ampli rang de salts i cabals i funcionen en desnivells que van dels dos metres fins a diversos de centenars de metres.
En aquest article anem a explicar-te totes les característiques i importància que té la turbina Francis.
característiques principals
Aquest tipus de turbines és capaç d'operar en desnivells d'altures que van des dels diversos metres fins als centenars de metres. D'aquesta manera, està dissenyada per poder treballar en un ampli rang de salts i cabals. Gràcies a l'alta eficiència cua que està construïda i els materials que s'empren per això ha fet que aquest model serà dels més utilitzats a tot el món. L'ús principal se li dóna en l'àmbit de la generació d'energia elèctrica en centrals hidroelèctriques.
L'energia hidroelèctrica, tal com sabem, es tracta d'un tipus d'energia renovable que utilitza els alts d'aigua dels envasos per poder generar un corrent elèctric. Aquestes turbines són bastant difícils i costosa de dissenyar d'instal·lar però poden funcionar durant dècades. Això fa que la inversió en el cost inicial d'aquest tipus de turbines sigui més alt que la resta. No obstant això, val la pena ja que la inversió inicial és capaç de recuperar-se en els primers anys. Tal com passa amb l'energia fotovoltaica a la que fem servir panells solars d'una mitjana de 25 anys de vida útil, podem recuperar la inversió durant els 10-15 anys d'ús.
La turbina Francis presenta un disseny hidrodinàmic que ens garanteix un alt rendiment a causa de que amb prou feines existeixen pèrdues d'aigua. Són bastant robustes quant a l'aspecte i tenen un baix cost de manteniment. Aquest és un dels punts més avantatjosos d'aquest tipus de turbines ja que el manteniment és més baix i el que fa reduir els costos generals. No es recomana per a res la instal·lació d'una turbina Francis amb alçades superiors a 800 metres ja que hi ha massa variacions de la gravetat. Tampoc és recomanable instal·lar aquest tipus de turbines en llocs on hi ha grans variacions en el cabal.
La cavitació a la turbina Francis
La cavitació és un aspecte important que hem de controlar en tot moment. És un efecte hidrodinàmic que es produeix quan es generen cavitats de vapor dins l'aigua que està passant per les turbines. A l'igual que passa amb l'aigua pot ocórrer amb qualsevol altre fluid que estigui en estat líquid i pel qual va actuar en forces que responen a diferències depressió. En aquest cas, succeeix quan el fluid passa a gran velocitat per una aresta afilada i es produeixen descompensacions entre els fluids i la conservació de la constant de Bernoulli.
Pot ocórrer que la pressió de vapor d'el líquid est de tal forma que les molècules puguin canviar immediatament ha estat de vapor i es formin gran quantitat de bombolles. A aquestes bombolla se li coneixen com cavitats. D'aquí procedeix el concepte de cavitació.
Totes aquestes bombolles viatgen a zones des d'on hi ha major pressió fins on hi ha menys pressió. Durant aquest trajecte el vapor torna a l'estat líquid de manera sobtada. Això fa que les bombolles acabin aixafant es frustra ment i es produeixi un deixant de gas que produeix gran quantitat d'energia sobre la superfície sòlida i que es pot esquerdar durant el xoc.
Tot això o fa que hàgim de tenir en compte la cavitació a la turbina Francis.
Parts de la turbina Francis
Aquest tipus de turbines compta amb diferents parts i cadascuna s'encarrega de garantir la generació d'energia hidroelèctrica. Anem analitzar cadascuna d'aquestes parts:
- Cambra espiral: és la part de la turbina Francis que s'encarrega de distribuir de manera uniforme el fluid a l'entrada de l'rodet. Aquesta càmera espiral posseeix una forma de cargol i és degut a que la velocitat mitjana de l'fluid ha de romandre constant en cada punt de la mateixa. Aquesta és la raó per la qual ha de tenir forma d'espiral i cargol. La secció transversal d'aquesta càmera pot ser de diversos tipus. D'una banda, rectangular i per una altra circular, sent la circular la més freqüent.
- Predistribuïdor: es tracta de la part d'aquesta turbina que està formada per àleps fixos. Aquests àleps tenen una funció netament estructural. Serveixen per mantenir l'estructura de la càmera espiral que hem esmentat anteriorment i li confereix la rigidesa suficient per poder aguantar tota l'estructura hidrodinàmica i minimitzar les pèrdues d'aigua.
- distribuïdor: aquesta part està construïda per àleps mòbils directors. Aquests elements s'han d'adreçar de manera convenient l'aigua cap als àrabs de l'rodet que es troben fixos. A més, aquest distribuïdor s'encarrega de regular el cabal que s'admet a l'hora de passar per la turbina Francis. És així com es pot modificar la potència de la turbina de manera que s'hagi d'ajustar el màxim possible a les variacions de càrrega de la xarxa elèctrica. Alhora, és capaç de direccionar el flux de el fluid per poder millorar el rendiment de la màquina.
- Rodet o rotor: és el cor de la turbina Francis. Això és a causa que és el lloc on es produeix l'intercanvi d'energia entre la màquina influït que sencera. L'energia de l'fluid normalment a ara pel que passava al rodet és la suma de l'energia cinètica, l'energia que té la pressió i l'energia potencial pel que fa a l'altura. La turbina és l'encarregada de convertir aquesta energia en energia elèctrica. El rodet és l'encarregat de transmetre aquesta energia per mitjà d'un eix a un generador elèctric on es realitza aquesta conversió final. Pot tenir diverses formes depenent de el nombre específic de la revolució és a la qual estigui dissenyada la màquina.
- Tub d'aspiració: és la part per la qual es surt el fluid de la turbina. La funció d'aquesta part és la de donar continuïtat a el fluid i recuperar el salt que s'ha perdut en les instal·lacions que estan per sobre de el nivell de l'aigua de sortida. En general, aquesta part es construeix en forma de difusor perquè generi un efecte d'aspiració que ajuda a recuperar part d'energia que no ha estat lliurades rotor.
Espero que amb aquesta informació puguin conèixer més sobre la turbina Francis.