A turbina Francis é uma turbina hidráulica usada em instalações de energia hidráulica que operam com uma queda considerável.
Esta turbina foi desenvolvida por James Bicheno Francis. A função da turbina Francis é principalmente gerar eletricidade com a ajuda de um gerador.
A turbina Francis é o tipo mais comum de turbina instalada em usinas de geração de energia que operam com base no fluxo de massa de água através de uma planta de produção.
Em contraste com a turbina Pelton, a turbina Francis funciona no seu melhor, completamente cheia de água o tempo todo.
Vantagens e desvantagens da turbina Francis
As principais vantagens que oferece são:
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É muito fácil de controlar, mesmo com alturas variáveis.
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A variação de sua eficiência é muito baixa com o passar do tempo.
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O tamanho do corredor é pequeno em comparação com outros tipos de turbinas.
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Possui menor custo de manutenção em comparação com outros tipos de turbinas.
As principais desvantagens são:
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As turbinas Francis são projetadas para um fluxo específico. Não é a melhor opção para usar diante de grandes variações de vazão, pois o desempenho diminui.
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Apresenta problemas ao trabalhar com alturas superiores a 800 m.
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Tem um problema de cavitação.
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A entrada de água suja com partículas pode causar problemas significativos à turbina.
Qual é o desempenho de uma turbina Francis?
As turbinas Francis têm alta eficiência, mais de 90%. Além disso, este tipo de turbinas hidráulicas pode ser projetada com uma gama variada de cabeças e fluxos.
Eles têm uma ampla gama de atividades em comparação com a altura do fluido que flui pela turbina.
Trabalhando com água, esta turbina atinge um ótimo desempenho em uma queda de 20 metros a 700 metros. A produção de energia varia de alguns quilowatts a 750 MW. O diâmetro do rotor pode ser de 1 a 10 m e a velocidade de rotação é de 83 a 1000 rpm.
Aplicações de turbinas Francis
As grandes turbinas Francis são projetadas individualmente para cada local para operar com o suprimento de água e a queda de água proporcionando a maior eficiência possível.
Além da produção de energia elétrica, essa turbina pode ser instalada em usinas hidrelétricas de armazenamento reversível . Neste tipo de usina hidrelétrica existem dois reservatórios em alturas diferentes. Quando há sobra de energia, o reservatório superior é preenchido com água bombeada pela turbina que realiza a função de bomba.
O gerador elétrico atua como um grande motor elétrico para bombear água durante os períodos de baixa demanda de energia. Quando a demanda de energia é alta, o gerador é revertido e usado para gerar eletricidade.
Quais são as peças de uma turbina Francis?
A turbina projetada por James B. Francis é composta por:
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Câmara espiral: tem a função de distribuir o fluido na entrada do rotor. A forma de espiral ou caracol permite que a velocidade média do fluido permaneça constante.
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Predistribuidor: Composto por lâminas fixas que têm função estrutural. O projeto hidrodinâmico permite que as perdas hidráulicas sejam minimizadas.
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Distribuidor: composto por pás móveis para direcionar a água para as pás do impulsor (fixas) e regular a vazão admitida. O distribuidor permite direcionar o fluido para melhorar o desempenho e ajustar a potência às variações de carga da rede elétrica. Isso é chamado de revendedor Fink.
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Rotor ou impulsor: é responsável pela troca de energia cinética, energia potencial e energia de pressão em energia mecânica de rotação na rotação do impulsor. O impulsor, por sua vez, transmite essa energia para um gerador elétrico.
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Tubo de sucção: é a saída da turbina.
Como funciona a turbina hidráulica Francis?
A turbina Francis é um tipo de turbina de água de reação. Ou seja, ele usa a energia cinética da água corrente como energia de pressão para girar uma roda d'água.
A turbina está localizada entre a porta de entrada onde a alta pressão é aplicada e a parte da porta de descarga de baixa pressão.
A parte de entrada da turbina é um invólucro em forma de espiral (caixa em espiral), e várias palhetas-guia fazem o fluxo de água tangencialmente para o corredor. O grau de abertura da aleta guia pode ser ajustado para operação eficiente de acordo com a quantidade de água usada.
A água que passa pelo corredor também atua sobre ele quando é direcionada para o centro axial.
Por fim, a água sai com a energia cinética e com a energia potencial minimizada e o vórtice também desaparece.
