Práctica:

Comportamiento de una turbina Francis

1. Objetivo:

Determinar las graficas de las revoluciones por minuto respecto a la velocidad especifica, potencia hidráulica, potencia al freno, eficiencia y carga dinámica para lograr el comportamiento de la maquina con diferentes presiones hidrostáticas. 2. Equipo y material:

Turbina francis H35D Manometro Tacómetro Banda

3. Consideraciones Teóricas:

La turbina Francis fue desarrollada por James B. Francis. Se trata de una turbo máquina motora a reacción y de flujo mixto.

Las turbinas Francis son turbinas hidráulicas que se pueden diseñar para un amplio rango de saltos y caudales, siendo capaces de operar en rangos de desnivel que van de los dos metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el más ampliamente usado en el mundo, principalmente para la producción de energía eléctrica mediante centrales hidroeléctricas.

Partes:

Caja espiral:

Tiene como función distribuir uniformemente el fluido en la entrada del rodete de una turbina

Pre distribuidor:

Tienen una función netamente estructural, para mantener la estructura de la caja espiral, tienen una forma hidrodinámica para minimizar las pérdidas hidráulicas.

Distribuidor:

Es el nombre con que se conocen los álabes directores de la turbomáquina, su función es regular el caudal que entra en la turbina, a la vez de direccionar al fluido para mejorar el rendimiento de la máquina. Este recibe el nombre de distribuidor Fink.

Rotor

Es el corazón de la turbina, ya que aquí tiene lugar el intercambio de energía entre la máquina y el fluido, pueden tener diversas formas dependiendo del número de giros específico para el cual está diseñada la máquina.

Tubo de aspiración

Es la salida de la turbina. Su función es darle continuidad al flujo y recuperar el salto perdido en las instalaciones que están por encima del nivel de agua a la salida. En general se construye en forma de difusor, para generar un efecto de aspiración, el cual recupera parte de la energía que no fuera entregada al rotor en su ausencia.

4. Método de Operación:

Prueba a Velocidad Variable

1. Verifique la Válvula de la bomba esta cerrada y que el ángulo del distribuidor de la turbina sea 0

2. Energice la bomba y lea el valor de la presión a válvula cerrada, es decir a gasto igual a 0. Este dato le servirá para que posteriormente recurra a la curva característica de la bomba para obtener el diámetro del impulsor de la misma. También con esta curva característica se encontraran los valores de caudal correspondientes a cada valor de presión.

3. Abra completamente la válvula de descarga de la bomba posteriormente deslice la palanca del distribuidor en forma lenta hasta 15º

4. Con el freno varié el torque hasta obtener las r.p.m. de la turbina propuestas en el cuadro de datos y registre los valores que se piden para cada lectura. Tome la lectura del nivel de acuerdo al plano de la instalación.

5. Al concluir la prueba a velocidad variable lleve a 0º el distribuidos y libere el freno de la turbina.

5. Datos:

a) Prueba a Velocidad Variable:

ConceptoLecturas1 2 3 4 5 6 7 8

Velocidad (r.p.m.)

2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600

Presión de Descarga Bomba (Pdb=Kg/cm2)

0.1 0.9 0.8 0.9 0.85 0.85 0.85 0.85

Presión de entrada a la Turbina (Pt=Kg/cm2)

1 1 1 0.9 0.95 0.9 0.9 0.9

Nivel (cm) 8 9 9.5 9.5 9.5 9.7 9.7 9.5Caudal (Qb=m3/s)

0.062 0.056 0.055 0.055 0.055 0.055 0.055 0.055

Fuerza (N) 45 34.5 45 70 71 71 71 71

6. Ejemplo de Calculo:

a) Velocidad del Fluido dentro de la turbina, V

v=QA = m

s

D tubo= 6”

Área del Tubo = (π(r2)) = (π(0.07622))= 0.0182 m.

V= (0.063/0.0182)= 3.406 m/s

b) Carga Efectiva neta sobre la turbina, Hn.

Hn=Het+Hst+ v2

2 g = m.

Hst= Nivel datoHet= 62.5 cm.

Hn= (0.08) + (0.625) + 3.4062/2(9.81) = 1.296 m

c) Potencia Hidráulica sobre la turbina , Nh.

N h=¿Υ * Q * Hn = (kW)

Nh = (9810)*(0.063)*(0.7110) = 788.253 kW.

d) Potencia Mecánica generada por la turbina, Nm.

Nm=T (ω) = (W)

donde:

T= F(r)= (Nm)r = 0.25

Nm = (45*0.25)(2000) = 22500 W

7. Cuadro de Resultados:

a) Prueba a Velocidad Variable

ConceptoLecturas1 2 3 4 5 6 7 8

Vel. Del Fluido

3.406 3.076 3.021 3.021 3.021 3.021 3.021 3.021

Carga neta Turbina (Hn= m.c.a.)

1.296 1.197 1.185 1.185 1.187 1.187 1.187 1.187

Carga de descarga (Hd= m)

0.0009 0.0004 0.0002 0 0.00005 0.00005 0.00005 0.00005

Potencia Hidráulica de la Turbina (Nh= W)

788.253657.583

639.366 639.366 639.366 640.445 640.445 640.445

Potencia Mecánica de la Turbina (Nm= W)

22500 15525 18000 24500 21300 17775 14200 10650

Rendimiento (η= %)

28.22 23.60 28.15 38.31 33.31 27.71 22.17 16.52

8. Graficas:

Las siguientes graficas representan a cada una de las tablas de resultados

a) Para este caso No. De r.p.m. (n) contra (Q,Hn,Nm,Nh y η)

Prueba a velocidad variable

600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000.05

0.052

0.054

0.056

0.058

0.06

0.062

0.064

RPM

Q

600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20001.12

1.14

1.16

1.18

1.2

1.22

1.24

1.26

1.28

1.3

1.32

RPM

Hn

600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

RPM

Nh

600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

5000

10000

15000

20000

25000

30000

RPM

Nm

600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000

5

10

15

20

25

30

35

40

45

RPM

η

9. Imágenes de la turbina

10. Conclusiones:

Aguilar Martínez Paulina

Como pudimos observar en la práctica la turbina Francis, es de gran utilidad para saber la potencia de la bomba con la que se trate. Es muy importante saber que tan abierta esta la válvula de la turbina Francis porque de ello depende la eficiencia y la presión que ejerza en la tubería. También cabe destacar que al aplicar carga las revoluciones por minuto se reducían, porque el peso era una barrera a la rotación, es decir un freno.

García molina Julio Cesar

Las Turbinas Francis son conocidas como turbinas de sobrepresión por ser variable la presión en las zonas del rodete, o de admisión total ya que éste se encuentra sometido a la influencia directa del agua en toda su periferia.

Morales Lozada Antonio

Una turbina es una máquina motriz que consiste de una parte giratoria llamada rodete, que se impulsa por un fluido en movimiento. Dependiendo de la naturaleza de este fluido, las turbinas se pueden dividir en: hidráulicas, a vapor y a gas.  Sandoval Vázquez Luis Josué

Este tipo de turbina es ampliamente utilizada en las hidroeléctricas ya que gracias a su diseño con alabes ajustables se puede alcanzar una buena eficiencia.La prueba realizada fue de gran ayuda para entender mejor el funcionamiento de esta turbina ya que pudimos observar la gran variación que puede haber en la fuerza y en la velocidad que produce la turbina conforme se van ajustando los alabes a un grado mas alto.

11. Bibliografía:

Titulo: Mecánica De Fluidos Y Maquinas Hidráulicas

Autor: Claudio MataixEditorial: Ediciones del CastilloAño: 1986

Titulo: Mecánica de FluidosAutor: Robert L. MottEditorial: PearsonAño: 2006