Francis turbina

Francis turbina James B. Francisek garatu zuen. Erreakziozko turbomakina motorra eta fluxu mistokoa da.

Francis turbinak turbina hidraulikoak dira, eta jauzi eta emari askotarako diseina daitezke. Bi metrotik ehunka metrorainoko desnibeletan lan egiteko gai dira. Horri eta eraginkortasun handiari esker, turbina-mota hori da munduan gehien erabiltzen dena, batez ere zentral hidroelektrikoetan energia elektrikoa ekoizteko.

Garapena 
Noriak eta turbina hidraulikoak hainbat motatako errotei eragiteko erabili izan dira historikoki, nahiz eta nahiko eraginkorrak ez izan. XIX. mendean, turbina hidraulikoetan lortutako hobekuntzei esker, ur-jauzi bat zegoen tokietan lurrun-makinarekin lehiatu ahal izan ziren.

1826an, Benoît Fourneyron ingeniari frantsesak eraginkortasun handiko kanpo-fluxuko turbina bat garatu zuen (% 80ko eraginkortasuna). Ura tangentzialki bideratzen zen turbinaren errodetetik, eta bira eragiten zuen. 1820 inguruan, Jean-Victor Ponceletek barne-fluxuko turbina bat diseinatu zuen, printzipio berak erabiltzen zituena, eta S. B. Howd-ek patente bat lortu zuen 1838an EEetan. AEB antzeko diseinu baterako.

1848an James B. Francisek diseinu horiek hobetu zituen eta %90eko eraginkortasuna zuen turbina bat garatu zuen. Orain arte egin den turbinarik eraginkorrena sortzeko printzipio eta metodo zientifikoak aplikatu zituen. Are garrantzitsuagoa, metodo matematiko eta kalkulu-grafikoek turbinen diseinuari eta ingeniaritzari dagokienez lortutako garapen-maila hobetu zuten. Metodo analitikoei esker, eraginkortasun handiko turbinen diseinu seguruak egin ziren.

Parteak

Ganbera espirala 
Errodetearen sarreran fluidoa uniformeki banatzeko funtzioa du. Espiralean edo barraskiloan, fluidoaren batez besteko abiadurak konstante egon behar du haren puntu bakoitzean. Zeharkako sekzioa angeluzuzena edo zirkularra izan daiteke, azken hori da erabiliena.

Aurre-banatzailea 

Guztiz egiturazko funtzioa duten beso finkoez osatuta dago, kaxa espiralaren egiturari eusteko eta zeharkako zurruntasuna emateko; gainera, galera hidraulikoak minimizatzeko forma hidrodinamikoa dute.

Banatzailea 
Beso mugigarri zuzentzailez osatutako organoa da, eta ura gurpileko besoetara (finkoetara) behar bezala bideratzea eta onartutako emaria erregulatzea du helburu. Hala, turbinaren potentzia aldatu egiten da, ahal den neurrian sare elektrikoaren karga-aldaketetara egokitzeko, eta, aldi berean, fluidoa helbideratu, makinaren errendimendua hobetzeko. Horri Fink banatzailea deitzen zaio.

Errotorea edo errodetea 

Turbinaren bihotza da, hemen gertatzen baita makinaren eta fluidoaren arteko energia-trukea. Oro har, gurpiletik pasatzean, energia zinetikoa, presio-energia eta energia potentziala batzen dira. Turbinak energia mekaniko bihurtzen du energia hori, eta errodetearen biraketan agertzen da. Gurpilak, era berean, energia hori ardatz baten bidez transmititzen dio sorgailu elektriko bati, non azken bihurketa energia elektriko bihurtzen baita. Errotoreak hainbat forma izan ditzake makina diseinatuta dagoen biraketa-kopuru espezifikoaren arabera. Kopuru hori, era berean, jauzi hidraulikoaren eta diseinu-emariaren araberakoa da.

Xurgatze-hodia 
Turbinaren irteera da. Haren funtzioa da fluxuari jarraipena ematea eta irteeran ur-mailaren gainetik dauden instalazioetan galdutako jauzia berreskuratzea. Oro har, difusore moduan eraikitzen da, xurgatze-efektu bat sortzeko, energiaren zati bat berreskuratzen duena.

Aplikazioak 
Elektrizitatea sortzeko erabiltzen dira. Francis turbina handiak banaka diseinatzen dira aprobetxamendu hidroelektriko bakoitzerako, ahalik eta errendimendu handiena lortzeko, eskuarki %90 baino gehiago. Oso garestiak dira diseinatzeko, fabrikatzeko eta instalatzeko, baina hainbat hamarkadatan funtziona dezakete.

Ponpaketa eta biltegiratze hidroelektrikorako ere erabil daitezke, bi urtegi erabiliz, bata goiko kotan eta bestea beherago. Goiko urtegia turbinaren bidez betetzen da (kasu honetan, ponpa gisa funtzionatzen du) eskari elektriko txikiko aldietan, eta, gero, turbina gisa erabiltzen da energia sortzeko eskari elektriko handiko aldietan.

Francis mikroturbina merkeak egiten dira, 52 metrotik beherako jauzietarako energia ekoizteko.

Kanpo estekak 

Turbina hidraulikoak
Zentral hidroelektrikoak
Eponimoak
Ameriketako Estatu Batuetako asmakizunak
1848 zientzian