informe turbian francis


Informe 4 Turbomáquinas
“Turbina Hidráulica Francis”








1. Introducción
Una turbina hidráulica es una turbo máquina que aprovecha la energía de un fluido que pasa a través de ella para producir un movimiento de rotación que mediante un eje, transforma la energía mecánica en energía eléctrica.
Las turbinas hidráulicas son de acción o reacción. En las primeras, el rodete trabajaa presión atmosférica donde el chorro proveniente de la tobera impacta al rodete para desarrollar el torque. En las turbinas de reacción el rodete opera completamente sumergido y desarrolla el torque por el efecto de la reacción del agua al pasar a través de los álabes.
En estas últimas, una parte de la energía se transforma en energía cinética al pasar el fluido a través de una corona fija deálabes directrices "orientables" situada antes del rodete. Todos los espacios de guía y móviles se encuentran llenos con agua a presión y conforme ésta escurre a través del rodete, su velocidad cambia en magnitud y en dirección, exigiendo la aplicación de una fuerza sobre el rodete para llevar a cabo este cambio. Esta "fuerza reactiva" sobre el rodete hace que ésta gire y de ahí el origen del nombrede turbinas “de reacción”.


2. Objetivos
Observar el comportamiento práctico de una turbina hidráulica tipo Francis, a través de la determinación y estudio de sus curvas características.

Conocimiento del equipamiento auxiliar relacionado con la turbina: (vertedero de caudal, regulador oleomecánico, freno dinamométrico).

Aplicación de conocimientos teóricos relacionados con este tipo deturbina.


3. Descripción del ensayo

Ensayo al freno
Para una posición fija de los álabes directrices de la turbina, se varían las revoluciones de la turbina, aumentando o disminuyendo la carga en el freno dinamométrico acoplado a la turbina. Se deben realizar mediciones de: revoluciones, caudal, presión de entrada y salida, fuerza en el freno.

Ensayo de recepción

Para diferentesposiciones de la corona directriz y manteniendo las rpm constantes de la turbina, se varía la carga de igual forma que en el caso anterior. Bajo las condiciones anteriores se deben realizar las mediciones de: caudal en el vertedero (Q en [m3/s]), revoluciones (rpm), posición de la corona directriz (%), presión P en [mCA] a la entrada y salida de la turbina y la fuerza en el freno.




4.Nomenclatura
PH Potencia hidráulica [W]
Q Caudal de agua [m3/s]
ϒ Peso específico del agua (=9.793 [N/m3] a 15°C) [N/m3]
H Altura o salto de agua [mCA]
T Torque [Nm]
PK Potencia del eje [W]
n Revoluciones [rpm]
η Rendimiento de la turbina [-]
%Q Porcentaje de caudal referido al caudal nominal de la placa [%]





5. Características de la turbinaensayada
Tipo Francis Espiral
Fabricante Escher Wyss (Suiza)
Año 1936
Potencia 7 [kW]
Salto útil 4.64 [mCA]
Caudal 0.2 [lts/seg]
Revoluciones 450 [rpm]














6. Esquema de la instalación


7. Aplicaciones y características de la turbina Francis
Del punto de vista hidráulico hay tres rangos de turbinas Francis:

1. Turbinas Francis con alto NúmeroEspecífico de Revoluciones, usada para bajas caídas hasta aprox. 70 m.
2. Turbinas Francis con Número Específico de Revoluciones medio, utilizadas para saltos medios hasta de 200 m.
3. Turbinas Francis con bajo Número Específico de Revoluciones, utilizadas para los mayores saltos de hasta 600 m.


Las grandes turbinas Francis se diseñan de forma individual para cada emplazamiento, aefectos de lograr la máxima eficiencia posible, habitualmente más del 90%.

Además de para la producción de electricidad, pueden usarse para el bombeo y almacenamiento hidroeléctrico.

Componentes fundamentales de la turbina Francis:

- Cámara espiral: Distribuye el flujo de agua hacia la turbina en forma circunferencial

- Distribuidor: Regula el caudal, optimiza la dirección del flujo...