turbina Francis

turbina Francis

Um dos elementos mais utilizados mundialmente para a geração de energia hidrelétrica é o Turbina Francis. É uma turbo máquina que foi desenvolvida por James B. Francis e que funciona por reação e fluxo misto. São turbinas hidráulicas capazes de dar uma ampla gama de saltos e fluxos e operam em declives que variam de dois metros a várias centenas de metros.

Neste artigo, vamos falar sobre todas as características e importância da turbina Francis.

Características principais

Peças de turbina Francis

Este tipo de turbinas é capaz de operar em alturas irregulares que variam de vários metros a centenas de metros. Desta forma, ele é projetado para ser capaz de trabalhar em uma ampla gama de cabeças e fluxos. Graças à cola de alta eficiência que se constrói e aos materiais utilizados, este modelo será um dos mais utilizados no mundo. Sua principal utilização é na área de geração de energia elétrica em usinas hidrelétricas.

A energia hidrelétrica, como sabemos, é um tipo de energia renovável que usa a água dos contêineres para gerar uma corrente elétrica. Essas turbinas são bastante difíceis e caras de projetar para instalar, mas podem operar por décadas. Isso faz com que o investimento no custo inicial desse tipo de turbinas seja maior do que o das demais. Porém, vale a pena porque o investimento inicial pode ser recuperado nos primeiros anos. Tal como acontece com a energia fotovoltaica em que utilizamos painéis solares com uma vida útil média de 25 anos, podemos recuperar o investimento durante os 10-15 anos de utilização.

A turbina Francis apresenta um design hidrodinâmico que Garante alto desempenho porque quase não há perdas de água. Eles têm uma aparência bastante robusta e um baixo custo de manutenção. Esse é um dos pontos mais vantajosos desse tipo de turbina, pois a manutenção é menor e o que diminui os custos gerais. A instalação de uma turbina Francis com alturas superiores a 800 metros não é recomendada, pois existem muitas variações de gravidade. Tampouco é aconselhável instalar este tipo de turbina em locais com grandes variações de vazão.

Cavitação na turbina Francis

Geração de energia hidrelétrica

A cavitação é um aspecto importante que devemos controlar em todos os momentos. É um efeito hidrodinâmico que ocorre quando as cavidades de vapor são geradas dentro da água que passa pelas turbinas. Tal como acontece com a água, pode ocorrer com qualquer outro fluido que esteja no estado líquido e por meio do qual atue sobre forças que respondem às diferenças na depressão. Nesse caso, ocorre quando o fluido passa em alta velocidade por uma aresta viva e há descompensações entre os fluidos e a conservação da constante de Bernoulli.

Pode acontecer que a pressão de vapor do líquido seja tal que as moléculas se transformem imediatamente em vapor e se formem um grande número de bolhas. Essas bolhas são conhecidas como cavidades. É daí que vem o conceito de cavitação.

Todas essas bolhas viajar para áreas onde há maior pressão para onde há menos pressão. Durante esta viagem, o vapor retorna repentinamente ao estado líquido. Isso faz com que as bolhas acabem se esmagando, frustrando e produzindo um rastro de gás que produz uma grande quantidade de energia na superfície sólida e que pode rachar durante a colisão.

Tudo isso nos faz levar em consideração a cavitação na turbina Francis.

Peças de turbina Francis

Características da turbina Francis

Este tipo de turbina possui diferentes partes e cada uma é responsável por garantir a geração de energia hidrelétrica. Vamos analisar cada uma dessas partes:

  • Câmara espiral: É a parte da turbina Francis que é responsável por distribuir uniformemente o fluido na entrada do rotor. Esta câmara espiral tem forma de caracol e deve-se ao fato de que a velocidade média do fluido deve permanecer constante em cada ponto dele. É por isso que deve ter a forma de uma espiral e de um caracol. A seção transversal desta câmara pode ser de vários tipos. Por um lado, retangular e, por outro, circular, sendo a circular a mais frequente.
  • Pré-distribuidor: É a parte dessa turbina que é composta por pás fixas. Essas lâminas têm uma função puramente estrutural. Eles servem para manter a estrutura da câmara espiral que mencionamos acima e dar-lhe rigidez suficiente para ser capaz de suportar toda a estrutura hidrodinâmica e minimizar as perdas de água.
  • Distribuidor: esta parte é construída movendo as palhetas-guia. Esses elementos devem convenientemente direcionar a água para os árabes do impulsor que são fixos. Além disso, esse distribuidor é responsável por regular a vazão que é permitida na passagem pela turbina Francis. É assim que a potência da turbina pode ser modificada para que seja ajustada o máximo possível às variações de carga da rede elétrica. Ao mesmo tempo, é capaz de direcionar o fluxo do fluido para melhorar o desempenho da máquina.
  • Impulsor ou rotor: é o coração da turbina Francis. Isso porque é o local onde ocorre a troca de energia entre toda a máquina. A energia do fluido normalmente no momento em que passa pelo rotor é a soma da energia cinética, a energia que a pressão possui e a energia potencial com respeito à altura. A turbina é responsável por converter essa energia em energia elétrica. O impulsor é responsável por transmitir essa energia, por meio de um eixo, a um gerador elétrico onde é feita a conversão final. Pode ter várias formas, dependendo do número específico de voltas para o qual a máquina foi projetada.
  • Tubo de sucção: É a parte de onde o fluido sai da turbina. A função desta parte é dar continuidade ao fluido e recuperar o salto que se perdeu nas instalações que se encontram acima do nível da água de saída. Em geral, esta peça é construída em forma de difusor de forma a gerar um efeito de sucção que ajuda a recuperar parte da energia que não foi entregue ao rotor.

Espero que com essas informações você possa aprender mais sobre a turbina Francis.


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