TURBINA FRANCIS

I. OBJETIVO.

Observar y analizar el comportamiento de una turbina Francis y obtener mediante los instrumentos que se emplean, los datos de las energías que se manejan para calcular y trazar sus curvas.

II. CONSIDERACIONES TEORICAS.

Una turbina es un dispositivo mecánico capaz de convertir en trabajo (en forma de movimiento de rotación) la energía presente en una masa de fluido. En otra definición es una turbomáquina, que absorbe energía de un fluido y la restituye en energía mecánica.

Las turbinas Francis se conocen como turbinas de sobrepresión por ser ésta variable en el rodete, o también como turbinas de admisión centrípeta o total por encontrarse el rodete sometido a la influencia directa del agua en toda su periferia. Esta turbina se encuentra en la clasificación de turbinas radiales-axiales y de reacción. Los componentes esenciales de una turbina Francis se ven en la Fig. 1

Fig. 1 Componentes de turbina Francis

1. Cámara Espiral2. Distribuidor3. Rodete4. Codo de Salida5. Tubo de Aspiración 6. Nivel inferior7. Mando del deflector

S. Salida

CÁMARA ESPIRAL

La cámara espiral (Img. 1) más habitual está formada por la unión sucesiva de una serie de virolas tronco-cónicas, cuyos ejes respectivos forman una espiral. Esta disposición constructiva permite que el agua atraviese la cámara a velocidad sensiblemente constante, evitándose la formación de torbellinos que darían lugar a pérdidas de carga.

Img. 1 Cámara espiral de turbina Francis.

DISTRIBUIDOR

El distribuidor está formado por un determinado número de palas móviles cuya función es la de distribuir, regular o cortar totalmente el caudal de agua que fluye hacia el rodete. El distribuidor mostrado en la Fig. 2 lo componen principalmente los siguientes elementos:

• Palas o álabes directrices orientables

• El sistema de accionamiento de los álabes

Fig. 2 Álabes del distribuidor.

RODETE.

Se trata de la pieza fundamental de la turbina, donde se obtiene la energía mecánica deseada. Consta de un núcleo central, alrededor del cual se encuentra dispuesto un número determinado de álabes, aproximadamente entre 12 y 21, equidistantemente repartidos y solidarios al mismo, formando pieza única en bloque por fundición o soldadura, es decir, sin uniones ni fijaciones accesorias ( Img. 2).

La longitud de los álabes y su mayor o menor inclinación respecto al eje de la turbina, depende del caudal, de la altura del salto y, en consecuencia, de la velocidad específica

Img. 2 Rodete

TUBO DE ASPIRACIÓN.

Consiste en una conducción, recta ó acodada, troncocónica que une la turbina propiamente dicha con el canal de desagüe. Adquiere más importancia con nS altos. Sus funciones son:

• Aprovechar la altura de salto disponible entre la salida del rodete y el nivel de aguas abajo

• Recuperar al máximo posible la energía cinética residual a la salida del rodete.

La energía cinética residual a la salida del rodete es despreciable en turbinas lentas. Sin embargo, en turbinas Francis rápidas representa del orden del 30% del salto neto mientras que en las turbinas Kaplan extra rápidas supera el 60%.

Img. 3 Tubo de aspiración

III. VENTAJAS Y DESVENTAJAS

VENTAJAS

Su diseño hidrodinámico permite bajas perdidas hidráulicas, por lo cual se garantiza un alto rendimiento.

Su diseño es robusto, de tal modo se obtienen décadas de uso bajo un costo de mantenimiento menor con respecto a otras turbinas.

Junto a sus pequeñas dimensiones, con lo cual la turbina puede ser instalada en espacios con limitaciones física también permiten altas velocidades de giro.

Junto a la tecnología y a nuevos materiales, las nuevas turbinas requieren cada vez menos mantenimiento.

DESVENTAJAS

No es recomendado para alturas mayores de 800 m, por las presiones existentes en los sellos de la turbina.

Hay que controlar el comportamiento de la cavitación. No es la mejor opción para utilizar frente a grandes variaciones de caudal, por lo que se

debe tratar de mantener un flujo de caudal constante previsto, antes de la instalación

IV. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN.

V. CUADRO DE DATOS

PRUEBA A VELOCIDAD VARIABLE

Calculando el Caudal:

Q=23C DL√2g H

32

CD=0.602+0.0832HY

CD=0.602+0.08320.075Y

ANGULO DE DISTRRIBUCIÓN.

LECTURAS15° 15° 15° 15°1 2 3 4

VELOCIDAD n (rpm).

2000 1800 1600 1400

PRESIÓN DE DESCARGA DE LA

BOMBA. Pdb (kg/cm2)

1.1 1.05 0.9 0.7

PRESIÓN DE ENTRADA A LA

TURBINA.Peb (kg/cm2)

1.15 1 0.8 0.9

NIVEL (cm) 96.5 96 96 95.5CAUDAL Q

Qb = Qt (m3/s)7.5 8 8.5 9

FUERZA (N) 0.75 4.25 8.5 10

VI. CONCLUSIONESVII. ANEXOS.