Turbinas Francis

Turbina Francis

EXPERIMENTO N° 16

TURBINA FRANCIS

versatilidad ha permitido que este tipo de turbina sea la más ampliamente empleada a nivel mundial. La velocidad específica adimensional para una turbina Francis, se encuentra típicamente en el rango de 1.0 a 3.5, donde [1]:
ΩT =
& ω (W / ρ )
1/ 2

INTRODUCCIÓN Las turbinas hidráulicas son turbomáquinas que permiten la transferenciade energía del agua a un rotor provisto de álabes, mientras el flujo pasa a través de éstos. En este sentido es lo contrario de una bomba, un ventilador o un compresor. En la actualidad, se construyen cinco tipos de turbinas: Pelton, Francis, Deriaz (Francis de álabes de rotor orientables), Hélice, Kaplan (Hélice de álabes de rotor orientables). La turbina Pelton es del tipo de acción y lasrestantes son del tipo de reacción Mientras en una turbina de acción la transformación completa de la energía de presión en energía cinética, se da en la tobera o inyector y por tanto la presión a la cual se da la transferencia de energía entre el fluido y el rotor es constante, en una turbina de reacción, existe un gradiente de presión entre la entrada y salida del agua a su paso por el rotor. Cuandoel paso del agua por el rotor se efectúa en dirección radial, las máquinas se llaman radiales, de las cuales, el tipo más representativo es la turbina Francis. Su nombre se dió en honor al ingeniero de origen inglés, James Bichano Francis ( 1815- 1892). Las turbinas Francis se usan para cargas muy variadas (30 – 550 m) y con caudales que pueden ir desde los 10 m3/s hasta los 200 m3/s. Esta

(gH T)5 / 4

ΩT : Velocidad específica adimensional ω : Velocidad angular [rad/s] & W : Potencia ρ: Densidad del fluido
HT: Carga g: aceleración de la gravedad Los parámetros mencionados deben estar en unidades consistentes. Usualmente se emplea la velocidad específica dimensional, así:
ns = & NW

(H T )5 / 4

( )1 / 2

n s : Velocidad específica dim ensional N : Velocidad de rotación [ rpm] & W : Potencia [ CV ] [ kW ] [ HP ] H T : Cabeza [ m ] [ pies ]

Para la velocidad en rpm, la potencia en CV y la cabeza en metros, el rango de la velocidad específica para las turbinas Francis está comprendido entre 55 y 450 [3][9]. A valores elevados de la carga y relativamente reducidos del caudal se tienen valores bajos de la velocidad

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Turbina Francis

específica; la turbina sellama en este caso específicamente lenta (200). En el primer caso la turbina es de una mayor acción radial y en el segundo se acentúa la acción axial [3]. La longitud de los ductos en sentido radial debe estar de acuerdo con las cargas bajo las cuales debe operar la turbina. A mayor carga, mayor recorrido radial y mayor acción centrípeta, como sucede en la Francis pura. A mayor caudal acciónaxial y mayor área de paso, como se tiene en la Francis mixta [3]. Las turbinas Francis se construyen ya sea de eje horizontal o vertical. La turbina de eje vertical es la de mayor construcción en la actualidad.

CONCEPTOS TEÓRICOS Principio de Operación

OBJETIVOS 1. Comprender el funcionamiento de una turbina Francis. 2. Construir y analizar, para diferentes posiciones de los álabes directrices,las curvas características de una turbina Francis, a saber: a) Caudal vs Velocidad (Q ∼ N)
b) Potencia vs Velocidad (BHP∼ N)

Figura 16.1 Esquema de una Turbina Francis [1].

c) Eficiencia vs Velocidad (η ∼ N) 3. Contruir las curvas rendimiento para velocidades de rotación. de igual diferentes

El agua procedente de la tubería forzada, entra en el caracol (canal colector), después en eldistribuidor (donde están los álabes direccionadores) y finalmente en la rueda motriz (rodete), donde transforma su energía hidráulica en energía mecánica, transmitiéndola por el eje de la turbina. El agua sale por el tubo de desfogue (denominado también tubo de aspiración) al canal aguas abajo. La carcasa o voluta (caracol), tiene una forma de espiral y convierte la energía de presión en energía...