Turbina Francis

INTRODUCCIÓN
Cuando hablamos sobre generación de energía eléctrica, casi siempre viene a nuestra mente la imagen de una central hidroeléctrica. Y en efecto, sucede que en el Perú tradicionalmente, y gracias a su geografía, este tipo de centrales de generación suelen ser bien recibidas. Hasta hace algunos años la generación de estas centrales representaba más de la mitad del total nacional.Últimamente, debido al apogeo del gas y al subsidio de este por parte del gobierno, las centrales termoeléctricas están superándolos en potencia.
Sin embargo, sabemos que el gas no es precisamente el recurso que más abunde en nuestro territorio y que la generación de electricidad de forma competitiva aprovechando las energías no convencionales está todavía en perfeccionamiento, por lo que el estudio delas turbinas usadas en las centrales hidroeléctricas conforma parte importante en nuestra formación como ingenieros mecánicos electricistas. El Perú principalmente emplea dos tipos de turbinas en sus centrales: las Pelton y las Francis. Cada una de ellas instaladas estratégicamente de forma que aprovechen al máximo las características geográficas e hidrológicas del lugar en donde han sidoinstaladas.
Consecuentemente, en este primer laboratorio estudiaremos a las turbinas Francis de forma práctica. Podremos observar cómo se comporta dependiendo del caudal y de la carga que alimente comparándolos siempre contra los valores nominales de la misma. La importancia de realizar esta experiencia el poder encontrar, con la ayuda de las gráficas realizadas a partir de la experiencia, para quecondiciones de operación estas turbinas operan con la máxima eficiencia, el cual es objetivo de todo ingeniero.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Las Turbinas
Definición
La turbina hidráulica es una turbomáquina motora, y por tanto esencialmente, es una bomba rotodinámica que trabaja a la inversa.
Así como una bomba absorbe energía mecánica y restituye energía al fluido, una turbina absorbe energía del fluido yrestituye energía mecánica. Teóricamente, suministrando energía hidráulica a la máquina, e invirtiendo el flujo, una bomba podría trabajar como turbina. Prácticamente, el rendimiento sería muy bajo, y a veces nulo, exceptuando las máquinas especialmente diseñadas para trabajar como bomba y como turbina, como es el caso de la máquina doble bomba-turbina de las centrales de bombeo.
ElementosConstitutivos
Los elementos constitutivos de una turbina son análogos a los de una bomba, pero dispuestos en orden inverso: los números entre paréntesis se refieren a la figura 1.

Figura 1. Central de Entrepeñas de la Unión Eléctrica Madrileña.
* Canal de llegada (lámina libre) o tubería forzada (flujo a presión – 1). Corresponde a la tubería de impulsión de una bomba. Al final de la tuberíaforzada se instala una válvula (compuerta, mariposa, etc), que no aparece en la figura y detrás de la válvula está la entrada en la tubería (sección E en la figura).
* Caja espiral (2). Transforma presión en velocidad; en una bomba, velocidad en presión.
* Distribuidor. Corresponde a la corona directriz en una bomba; pero en una turbina transforma presión en velocidad y actúa como tobera; enuna bomba, por el contrario, actúa como difusor.
* Rodete. A las bombas centrifugas con flujo en el rodete hacia el exterior corresponde el tipo de turbinas centrípetas, con flujo en el rodete hacia el interior.
* Tubo de aspiración (3). Corresponde a la tubería de aspiración de una bomba. En una turbina es el órgano de desagüe, per se llama tubo de aspiración porque crea una aspiración odepresión a la salida del rodete, mientras que en las bombas constituye la tubería de admisión y crea también una depresión a la entrada del rodete. Las turbinas de acción carecen de tubo de aspiración: en ellas el agua sale directamente al canal de la salida.
La Turbina Francis
La turbina Francis fue desarrollada por James B. Francis a finales del siglo XIX. Se trata de una turbomáquina...