Francis turbinen abantailak presio handiko ur-fluxu baldintzetan
Ur-turbinak funtsezko teknologia dira zentral hidroelektrikoetan (PLTA), uraren energia potentziala eta zinetikoa energia mekaniko bihur dezaketelako, eta gero energia elektriko bihurtzen da sorgailu baten bidez. Erabiltzen diren turbina mota desberdinen artean —adibidez, Pelton, Kaplan eta Francis—, Francis turbina aukera oso fidagarria da ur-jauzi ertain eta altukoetarako (ur-jauzien altuera), batez ere ur-fluxua presio handikoa denean. Abantaila honek Francis turbina hainbat herrialdetako zentral hidroelektriko askoren "bizkarrezurra" bihurtzen du, Indonesia barne, mendiguneetan potentzial hidroelektriko handia baitu.
Francis turbinak eta presio handiko emari-ezaugarriak ulertzea
Francis turbina erreakzio-turbina bat da, hau da, energia-bihurketa gehiena turbinaren barruko presio-aldaketen ondorioz gertatzen da. Ura turbinara sartzen da presiopeko hodi-konduktu baten bidez eta gero, ate txikien bidez bideratzen da korronterantz (turbina-gurpilera). Korrontearen barruan, uraren presioa gutxitzen da, palak biratuz, turbinaren ardatzean momentua sortuz. Ondoren, ura zirriborro-hodi baten bidez irteten da, eta horrek energiaren zati bat berreskuratzen laguntzen du eta eraginkortasun orokorra handitzen du.
Presio handiko fluxu-baldintzetan, urak energia potentzial esanguratsua du, eta turbinak presio-jaitsiera modu egonkor eta eraginkorrean kudeatu badezake modu optimoan erabil daiteke. Horixe da Francis turbinaren ezaugarri nagusia: bere erreakzio-diseinuak eta fluxu-geometriak energia-bihurketa leuna, uniformea eta kontrolatua ahalbidetzen dute.
1. Eraginkortasun handia ertain-altuko goi-mailako tartean
Francis turbinen abantaila nagusietako bat haien eraginkortasun handia da, normalean % 90etik gorakoa izanik diseinu eta funtzionamendu egokiarekin. Sakonera ertain edo altuetan —30 eta 300 metro inguru, eta diseinu batzuetan are gehiago—, Francis turbinak beren "eremu optimoan" funtzionatzen dute.
Presio handiko fluxuen kasuan, eraginkortasuna funtsezkoa da, urak energia asko daramalako. Francis turbinek energia-galera minimizatu dezakete honako hau eginez:
– gida-palen doikuntza zehatza,
– korrikalariaren sarrera nahiko uniformea,
– zirriborro-hodia erabiltzea turbinaren irteeran energia-galera murrizteko.
Ondorioz, uraren energia gehiago ardatzaren biraketa bihurtzen da, eta horrek potentzia handitu egiten du ur-emaria gehiegi handitu beharrik gabe.
2. Presio handiko erreakzio-diseinu egonkorra
Pelton bezalako bulkada-turbinek ez bezala, ur-zorrotada baten menpe daudenak, Francis turbinak sistema itxi batean funtzionatzen du, presiopeko fluxuarekin. Diseinu honek egokiagoa egiten du zentral hidroelektrikoetarako, non hodi-zulo batek presio handiko ura turbinaren karkasara (zentral elektrikora) bideratzen duen. Francis turbina gida-paletatik korronte-hodiraino pixkanaka eta kontrolatutako presio-jaitsiera izateko diseinatuta dago.
Egonkortasun honen abantailak hauek dira:
– bibrazio mekanikoak isilarazi daitezke,
– turbinaren osagaien gaineko karga modu uniformeagoan banatzen da,
– presio-gorabeherengatik kalteak izateko arriskua txikiagoa da.
Presio handiko baldintzek, jakina, iraunkortasun estruktural ona eskatzen dute. Francis turbinak, oro har, epe luzeko presioa, indar hidrodinamikoak eta materialen nekea jasateko diseinatutako materialak eta fabrikazio-prozesuak erabiliz eraikitzen dira.
3. Karga aldaketen aurrean funtzionamendu-malgutasuna
Zentral hidroelektrikoek ez dute beti karga konstantean funtzionatzen. Elektrizitatearen eskaera aldatu egiten da egunean zehar, eta faktore hidrologikoek, hala nola euri-sasoiek eta lehorrek, ere eragina dute emarian. Francis turbinek malgutasuna eskaintzen dute, ate txikiak doi daitezkeelako korrontera sartzen den uraren emaria kontrolatzeko.
Presio handiko fluxuen testuinguruan, fluxu hori erregulatzeko gaitasuna ezinbestekoa da turbinarentzat:
– eraginkortasun-punturik onenetik gertu lanean jarraitu,
– karga elektrikoaren aldaketei azkar erantzutea,
– funtzionamendu-baldintza ezegonkorren arriskua murriztea.
Malgutasun honek Francis turbinak egokiak bihurtzen ditu kargari jarraitzeko gai diren sorgailuak behar dituzten potentzia-sistema modernoetarako, ez soilik gaitasun maximoan egonkor funtzionatzea.
4. Errendimendu ona hainbat goi-mailako eta emari-konbinaziotan
Francis turbinak beste mota batzuekin alderatuta "polifazetikoak" diren turbinak bezala ezagutzen dira. Presio handiko baldintzetan, emaria ez da askotan ur-jauzi txikiko zentral hidroelektrikoena bezain handia izaten. Adibidez, Kaplan turbinak egokiagoak dira ur-jauzi txikietarako eta emari handietarako, eta Pelton turbinak, berriz, ur-jauzi oso handietarako aproposak dira, emari nahiko txikiekin. Francis turbinak tarteko puntu batean kokatzen dira: ur-jauzi ertain edo handietan ondo funtzionatzeko gai dira, emari moderatuekin.
Honek abantailak eskaintzen ditu energia hidroelektrikoaren diseinuan, diseinatzaileei turbinaren tamaina, errodagailuaren diametroa eta palaren ezaugarriak tokiko ibaiaren profilera eta topografiara egokitzeko aukera ematen dielako. Mendi-eremuetan, urtaro-maila altuak baina isurketak dituztenetan, Francis turbinak aukera ona izan ohi dira errendimendua eta kostua orekatzeko.
5. Energia berreskuratzeko hodiak erabiltzea
Presio handiko sistemetan, turbinaren irteeran energia galtzea nabarmena izan daiteke. Francis turbina baten abantaila zirriborro-hodi bat erabiltzea da, irteerako fluxu-abiadura murrizten duena eta energia zinetikoaren zati bat presio estatiko bihurtzen duena. Horri esker, korrikalariaren irteerako presioa presio atmosferikoa baino txikiagoa izan daiteke, baina segurua izaten jarraitzen du kabitazioa kontrolatzen den bitartean.
Zirriborro-hodiaren bidezko energia berreskuratzeak sistemaren eraginkortasun orokorra handitzen du. Gainera, zirriborro-hodiak turbina kota jakin batean kokatzen laguntzen du, ur-buru eraginkor gehiegi galdu gabe, eta horrek malgutasuna ematen dio zentral elektrikoaren diseinuari.
6. Teknologia heldua eta esperientzia operatiboa
Francis turbinak mundu osoan gehien erabiltzen diren turbina motak dira, beraz, haien diseinu, fabrikazio eta mantentze-teknologiak oso helduak dira. Presio handiko fluxu-baldintzetan, fidagarritasuna funtsezkoa da, matxurek geldialdi luzeak eta kostu handiak ekar ditzaketelako.
Beste abantaila bat, askotan ahaztu egiten dena, honako hauen eskuragarritasuna da:
– diseinu eta ikuskapen arauak,
– hamarkadetan zehar lanean aritu diren milaka unitateren esperientzia,
– ordezko piezen laguntza eta zerbitzu tekniko errazagoa.
Instalazio-oinarri handia dela eta, benetako funtzionamendu-kasuetatik (adibidez, bibrazioarekin, kabitazioarekin edo palen higadurarekin lotutakoetatik) ikasteak diseinuaren etengabeko hobekuntzak ekarri ditu.
7. Kabitazio Arriskuaren Kontrola Presio Handian
Kabitazioa lurrun-burbuilen eraketa eta kolapsoa da, tokiko presioa ur-lurrunaren presioaren azpitik jaistearen ondorioz. Erreakzio-turbinetan, hala nola Francis turbinetan, kabitazioa arazo larria izan daiteke, batez ere korrontearen irteeran eta zirriborro-hodiaren eremuetan. Hala ere, Francis turbina modernoek hainbat abantaila dituzte kabitazio-arriskua arintzeko:
– metodo konputazionalak (CFD) erabiliz pala-profilaren diseinu optimizatua,
– higaduraren aurkako materialen hautaketa,
– eragiketa diseinu-puntutik oso urrun ez egoteko moduan ezartzea,
– fluxua leuntzen eta zurrunbiloak murrizten dituen zirriborro-hodiaren diseinua.
Ikuspegi honekin, Francis turbinak fidagarriak izaten jarrai dezakete presio handiko sistemetan, baldin eta NPSH (suction positive clean head) diseinua eta turbinaren instalazioaren kota behar bezala egiten badira.
Ondorioa
Francis turbinek abantaila handiak eskaintzen dituzte presio handiko ur-fluxu baldintzetan, eraginkortasun handia, funtzionamendu-egonkortasuna, emari-tasaren ezarpen malguak eta ertain eta altuetan modu optimoan funtzionatzeko gaitasuna konbinatuz. Gainera, energia berreskuratzeko hodiak erabiltzeak, heldutasun teknologikoak eta kabitazioa kontrolatzeko diseinu-hobekuntzek turbina hauek aukera ezaguna bihurtzen dituzte hidroenergia-proiektu askotarako.
Energia berriztagarrien garapen gero eta garrantzitsuagoan, Francis turbinek errendimenduaren, fidagarritasunaren eta moldagarritasunaren konbinazio aproposa eskaintzen dute. Diseinu eta mantentze egokiarekin, Francis turbinek epe luzerako errendimendu optimoa eman dezakete, presio handiko uraren potentziala maximizatuz elektrizitate garbi eta iraunkorra sortzeko.
