Maquinas hidraulicas-turbinas francis

LAS TURBINAS FRANCIS.

Máquinas Hidráulicas – Máster Ingeniería Industrial.

Anabel Polvorinos Lastra. Adrián Vizoso Gil.

Índice: 1.- Turbina Francis..........................................................................................................2 1.1.- Consideraciones Generales. ................................................................................. 2 1.2.- Cajaespiral........................................................................................................... 4 1.3.- Distribuidor. ......................................................................................................... 4 1.4.- Rodete. ............................................................................................................... 10 1.5.- Tubo dedescarga................................................................................................ 12 1.6.- Orificio compensador......................................................................................... 15 1.7.- Triángulos de velocidades.................................................................................. 15 1.7.1.- Triángulo deentrada.................................................................................... 16 1.7.2.- Triángulo de salida. ..................................................................................... 17 1.8.- Rendimiento hidráulico. Condiciones de diseño................................................ 19 1.9.- Curvas características a velocidad angular constante. ....................................... 20 1.10.- Proporciones y factores dediseño.................................................................... 21 1.11.- Cálculo elemental de la turbina Francis. .......................................................... 23 1.12.- EJEMPLO: “Central Hidroeléctrica Serra do Facão10 entra en Operación”.... 26 1.13.- Bibliografía ...................................................................................................... 341

1.- Turbina Francis.
1.1.- Consideraciones Generales.
La turbina Francis1, como todas las turbinas de reacción, es de admisión total: el agua entra por toda la periferia del rodete. En consecuencia, un mismo caudal así repartido requiere un rodete que puede resultar menor que el de una rueda Pelton equivalente.

Aunque con anterioridad han existido diferentes modelos de turbinashidráulicas de reacción, éstas fueron pronto sustituidas por la diseñada y construida en 1849 por el ingeniero inglés James B. Francis (1815 – 1892). Era una turbina centrípeta totalmente radial (Figura 1), en la que los radios r1 de entrada y r2 de salida del rodete eran los mismos para todas las partículas fluidas. En consecuencia, se prestaba mejor al análisis teórico (ecuación de Euler) que lasturbinas modernas derivadas de ella.

Figura 1.

Al ser radial esta primitiva turbina Francis, el diámetro interior D2 resultaba muy grande, pues el agua, después de salir de los canales entre álabes del rodete, tenía que girar 90º. Pronto se vio pues la necesidad de hacer el rodete con una componente axial a la salida (Figura 2), para

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facilitar la descarga del agua y con ello reducir eldiámetro del mismo. A pesar de las sucesivas modificaciones, que han conducido a un diseño muy diferente del primitivo, se le sigue llamando turbina Francis.

Figura 2. Turbina Francis de TUMUT.

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1.2.- Caja espiral.
Según las dimensiones2 de la turbina, se construye de acero colado, fundición, chapa roblonada o soldada o hormigón armado (solo o blindado con chapas para evitar fugas).1.3.- Distribuidor.
El agua procedente3 del embalse entra en una cámara espiral (21, Figura 3 y Figura 4) que se encarga de hacer uniforme la velocidad de entrada del agua por toda la periferia del distribuidor. Para alturas H importantes, la caja espiral es metálica y de sección generalmente circular; en cambio, para pequeñas alturas (grandes secciones y poca presión) se construyen de hormigón...