Turbina Francis
Turbina hidráulica de reacción con álabes fijos en la que el agua entra en dirección radial y sale en dirección axial; es el diseño más instalado y se usa en saltos medios de unos 30 a 700 m.
Desarrollada por James B. Francis en Lowell (Massachusetts) hacia 1848, la turbina Francis es una turbina de reacción: el rodete trabaja totalmente sumergido y a presión, y el agua cede energía tanto por la caída de presión como por el cambio de velocidad. El agua entra en una carcasa espiral (caracol), pasa por unos álabes directrices regulables que controlan el caudal y fijan el giro, atraviesa el rodete y sale por un tubo de aspiración que recupera energía cinética.
Cifras principales:
- Rango de salto: unos 30–700 m, con la mayoría de los grupos entre 40 y 400 m (salto hidráulico)
- Rendimiento máximo: 93–96 % en grupos grandes; cae bastante por debajo del 40–50 % del caudal nominal, cuando aparecen la cuerda de vórtice y las pulsaciones de presión en el tubo de aspiración
- Tamaño del grupo: desde menos de 1 MW hasta 1.000 MW; Baihetan (China) tiene 16 grupos Francis de 1.000 MW cada uno; Tres Gargantas e Itaipú usan grupos de la clase de 700 MW
Las máquinas Francis dominan la potencia hidráulica instalada en el mundo porque se adaptan a las presas de salto medio típicas de los grandes aprovechamientos con embalse. La bomba-turbina Francis reversible es la máquina estándar del almacenamiento por bombeo: gira en un sentido como bomba y en el otro como turbina.
Entre los retos de diseño están la cavitación, que se controla colocando el rodete por debajo del nivel de desagüe, y la inestabilidad a carga parcial, que pesa cada vez más ahora que se pide a las centrales hidráulicas que compensen la producción variable eólica y solar.
Términos relacionados
Todos los términos →- Salto hidráulico
Diferencia de altura entre la superficie del agua en la toma de una central hidroeléctrica y la salida de la turbina o el canal de desagüe, que junto con el caudal determina la potencia disponible.
- Turbina Pelton
Turbina hidráulica de acción en la que chorros de agua a gran velocidad golpean cucharas dobles montadas en una rueda; la opción estándar para saltos altos, de más de unos 250 m.
- Turbina Kaplan
Turbina hidráulica de reacción tipo hélice, con álabes del rodete y distribuidor regulables, adecuada para saltos bajos de unos 2 a 40 m y caudales grandes.
- Central hidroeléctrica de bombeo
Almacenamiento que bombea agua a un embalse superior cuando la electricidad es barata o abundante y la turbina cuando hace falta potencia; es la mayor forma de almacenamiento en red del mundo.
- Central hidroeléctrica de agua fluyente
Aprovechamiento hidroeléctrico que deriva o usa el caudal natural de un río con poco o ningún embalse, de modo que la producción sigue al caudal del río y no a la demanda.