CLASIFICACION DE LA TURBINA FRANCIS Se clasifican en función de la velocidad específica del rodete, cuyo número de revoluciones por minuto depende de las características del salto.
TURBINA FRANCIS LENTA Para saltos de gran altura (alrededor de 200 m o más). Para saltos de gran altura (alrededor de 200 m o más).
Figura. Turbina Francis lenta
TURBINA FRANCIS NORMAL Indicada en saltos de altura media (entre 200 y 20 m). Indicada en saltos de altura media (entre 200 y 20 m).
Figura. Turbina Francis normal
TURBINAS FRANCIS RÁPIDAS Y EXTRARÁPIDAS TURBINAS Apropiadas a saltos de pequeña altura. Apropiadas a saltos de pequeña altura (inferiores a 20 m) (inferiores a 20 m).
Figura. Turbina Francis rápidas y extra rápidas
RANGOS DE SELECCIÓN Los dilemas en la elección del tipo de turbina se presentan entre las Pelton y las
Francis, debido a su buena comercialización y las condiciones de funcionamiento que ambas ofrecen. Por esta razón, resulta ser de gran ayuda hacer un análisis específico de estas dos clases de turbinas, el cual se presenta a continuación: Uno de los principales criterios que se deben manejar a la hora de seleccionar el tipo de turbina a utilizar en una central, es la velocidad específica (Ns) cuyo valor exacto se obtiene a partir de la siguiente ecuación:
√ = 5⁄ ℎ 4 Donde:
Ns = Velocidad especifica
Ne = Revoluciones por minuto
N = Potencia del eje
h = Altura neta
Esta velocidad específica, rige el estudio comparativo de la velocidad de las turbinas, y es la base para su clasificación. Se emplea en la elección de la turbina más adecuada, para un caudal y altura conocidos, en los anteproyectos de instalaciones hidráulicas, consiguiendo una normalización en la construcción de rodetes de turbinas. Los valores de esta velocidad específica para los actuales tipos de turbinas que hoy en día se construyen con mayor frecuencia (Pelton, Francis, Hélices y Kaplan) figuran en el siguiente cuadro:
VELOCIDAD ESPECIFICA Ns
TIPO DE TURBINA
De 5 a 30
Pelton con un inyector
De 30 a 50
Pelton con varios inyectores
De 50 a 100
Francis lenta
De 100 a 200
Francis normal
De 200 a 300
Francis rápida
De 300 a 500 Más de 500
Francis doble gemela rápida o exprés Kaplan o hélice
Se presenta una zona de indiferencia cuando Ns se ubica en las proximidades de 50. Lo mismo puede decirse respecto a la elección entre turbinas rápidas y de hélice cuando Ns tiene un valor máximo de 400. También otro tipo de criterio puedes ser:
SALTO EN METROS Tipo de turbina Altura de salto en m
Kaplan y hélice Francis Pelton
2 < Hn < 40 25 < Hn < 350 50 < Hn < 1.300
En una forma más general, puede decirse que estando definido el campo de aplicación por la altura del salto principalmente y por el caudal, deberá emplearse
Francis el tipo normal y rápido para saltos de pequeña y regular altura (hasta 200m) aún con grandes caudales, y
Francis lenta para altura grande y gran caudal, y para mucha altura Campos de aplicación de turbinas Francis
Entonces la elección depende de otras consideraciones de economía o de circunstancias de explotación de la central. Como son: Grandes alturas de salto (ventajas): Turbinas Pelton Más robustas Menos peligro de erosión de los álabes Reparaciones más sencillas Regulación e presión y velocidad más fácil Mejores rendimientos a cargas parciales Infraestructura más sencilla.
Turbinas Francis Menor peso Mayor rendimiento máximo Aprovechan mayor desnivel, debido al tubo de as piración Alternador más económico Dimensiones en planta de la central más reducidas
Alturas medias de salto (ventajas): Turbinas Francis Mayor economía en la turbina.
Turbinas Kaplan
Turbinas con hélices de palas fijas
Mejores rendimientos a cargas Buen rendimiento máximo. parciales.
Menos coste de excavación y cimientos.
Mejores re ndimientos con alturas de salto variables.
Más baratas que las Kaplan.
Mejores rendimientos a cargas parciales que las hélices de palas fijas.
Menos obra de fábrica que las hélices de palas fijas.
Gran admisión con saltos pequeños.
Menor peligro de cavitación.
Alternador más barato.
Alternador más barato.
Figura Límites recomendados de velocidad específica para turbinas a distintas alturas efectivas al nivel del mar siendo la temperatura del agua 80ºF. (Según Moody)
Las propiedades anteriores no deberán considerarse como absolutas, sino más bien como las más probables con alturas de salto en que pueden quedar duda de emplear uno u otro tipo de turbina. Igualmente debe mencionarse la elección previa de la turbina, que se ef ectúa en el anteproyecto o proyecto provisional, en la que se determinan aproximadamente las dimensiones de la turbina y de las obras de fábrica que la rodean, a fin de estimar el costo de éstas y organizar los trabajos; de la elección definitiva de las turbinas, que únicamente se podrá realizar después de haber consultado a las casas constructoras. En las casas constructoras o personal que van a seleccionar indicarán todos los parámetros o datos al proveedor que se determinar para como son: Número de grupos, Alturas de salto máxima, Media y mínima; Caudales máximo y Mínimo para un salto determinado llamado crítico, Utilización de la energía en el día y en el año Niveles máximos y mínimo de agua abajo, Naturaleza del agua, Impurezas,
Temperatura, Cota sobre el nivel del mar, etc.
Ellos examinaran las ofertas recibidas, comparando Precios de turbinas Alternadores Rendimientos y obras de fábrica necesarias,
Efectuando un estudio económico para ver qué solución resulta más ventajosa, o sea para cuál es mínima la suma de gastos de conservación anuales, coste de la energía perdida en el año e interés y amortización del capital invertido.