Cálculo De Turbinas Francis

Descripción de las TF.
Los órganos principales de las turbinas Francis pueden verse en el corte en perspectiva (en la figura) simplificado para destacar más claramente los elementos principales. El órgano más importante de una TF, como de cualquier turbo-máquina, es el rodete, los restantes órganos son construidos en torno a él, antes y después del mismo, para hacer llegar al fluido al rodete oevacuarlo del mismo en condiciones óptimas y con el máximo rendimiento. Los rodetes de las TF suelen siempre equilibrarse estáticamente, y es muy conveniente que se equilibre también dinámicamente. El equilibrio se logra removiendo material.

La turbina Francis es en la actualidad la turbina típica de reacción de flujo radial. La turbina Francis ha evolucionado mucho en el curso del tiempo,encontrando buena aplicación en aprovechamientos hidráulicos de características muy variadas de carga y caudal. Se encuentran en saltos de agua de 30 metros hasta 550 metros y caudales de 10 m 3/s hasta 200 m3/s. Esta versatilidad de las Turbinas Francis ha permitido la generalización de su uso más que el de cualquier otra turbina hidráulica. De acuerdo con la ponderación de carga sobre el caudal oviceversa, se originan unas particulares características de la máquina, que dan lugar a dos tipos, no siempre completamente definidos: la Francis pura y la Francis Mixta. Francis puramente radial, prácticamente toda la transferencia de energía se efectúa mientras el agua pasa a través de los álabes, todo el tiempo, en dirección radial y de afuera hacia adentro, con un aprovechamiento máximo de laacción centrípeta, para lo cual se procura siempre dar al agua un recorrido radial relativamente largo. Sin embargo se hace difícil el desfogue central por lo que el gasto se halla en cierta forma limitado (cargas relativamente grandes y caudales relativamente reducidos).

Francis mixta, el agua recorre los álabes en dirección y de afuera hacia adentro sólo en una parte de los mismos (lasuperior), terminando el agua su recorrido por entre los álabes en dirección axial (vertical hacia abajo en las máquinas de eje vertical), en cuya fase final trabaja como una turbina axial. La ponderación de la acción radial y de la axial puede establecerse en forma gradual según las exigencias de la carga y caudal disponible. Evidentemente la acción axial se acentúa cuando aumenta el caudal con relacióna la carga para una determinada potencia. En la Francis mixta, para lograr la doble acción de desalojar gran cantidad de agua y un lograr un recorrido axial del agua los álabes deben tener un alabeo muy particular, que los hace aparecer alargados en dirección axial, presentando conjuntamente una forma abocardada que naturalmente facilita el desfogue de mayor caudal (aplicación en saltos medianos ybajos con caudales medianos y relativamente grandes).

Otra clasificación.
Existiendo tres tipos: Lentas: u1 < c1 (Pura) Normales: u 1 = c1 Rápidas: u1 > c1 (Mixtas) Rodetes lentos: se utilizan en grandes saltos, se tiene bajo número de revoluciones, lo que supone un aumento del diámetro D1 del rodete respecto al del tubo de aspiración. • Se tienen 50 < ns < 100. • β1 > 90º

Rodetesnormales: El diámetro del rodete D1 es ligeramente superior a D3. • El agua entra en el rodete radialmente y sale axialmente. • Se tienen 125 < ns < 200. • β1=90º

Rodetes rápidos: El diámetro del rodete D1 es menor al del tubo de aspiración D3. • El cambio de dirección del agua se realiza de forma más brusca que en las normales. • Los conductos resultan largos y estrechos lo que aumenta las pérdidaspor rozamiento, reduciendo el rendimiento. • El ángulo de entrada β1 < 90º favorece el aumento del número especifico de revoluciones porque aumenta u1. • Tienen un espacio importante entre el distribuidor y el rodete. • Se tienen 225 < ns < 500.

Proporción en las dimensiones en una turbina Francis en relación con la velocidad específica.
La velocidad específica en las turbinas tiene la...