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CAPTULO 4
TURBINA HIDRULICA FRANCIS
Permiten la transferencia de energa del agua a un
rotor provisto de labes mientras sta pasa a travs
de la mquina en direccin radial o radial/axial.
Francis Pura: La transferencia energtica se produce
mientras el agua pasa a travs del rotor en direccin
radial.
Francis Mixta: El agua recorre los labes en
direccin radial, de afuera hacia adentro solamente
en la parte superior del rotor. El agua termina su
recorrido en direccin axial a la salida del rotor.
TURBINA HIDRULICA FRANCIS
Turbina Francis Pura
Turbina Francis Mixta
TURBINAS: Curvas de Rendimiento
TURBINAS: Curvas de Rendimiento
WKV Wasserkraft Volk AG (Alemania). http://www.wkv.cl/turbinas.html
TURBINAS: Lmites de Aplicacin
TURBINAS: Coeficiente de Utilizacin
Corte Ecuatorial de una Turbina Francis
TURBINA Francis: rganos Principales
Carcasa o Caracol
TURBINA Francis: rganos Principales
Su funcin es regular la potencia en funcin de las
necesidades del generador, regulando
convenientemente el caudal.
Distribuidor
TURBINA Francis: rganos Principales
Rodete mvil o Rotor
TURBINA Francis: rganos Principales
Tubo de Desfogue
Turbina Francis:
Energa Transferida:
Grado de Reaccin:
Turbina Francis:
Variacin de la Presin y la Velocidad del Agua
Turbina Francis:
Velocidad Especfica:
Relacin entre Ambas:
La velocidad especfica es el parmetro base para fijar la velocidad de
giro de la mquina en RPM (Fig. 4.29). sta se estima por la carga y se
ajusta por el valor sincrnico. Finalmente, se reajusta la velocidad
especfica y se calcula el dimetro de referencia con el coeficiente de
velocidad perifrica ().
Turbina Francis:
Velocidad Especfica: Ns= 12 a 100 (Sist. Ingls)
ns= 55 a 440 (SI)
ns 200 Francis especficamente lenta (H elevados, Q reducidos)
ns > 200 Francis especficamente rpida (Q altos con relacin a H)
Velocidad Sincrnica
La velocidad (RPM)la determinan las condiciones hidrulicas de acuerdo con H y Pot.
El rotor de un generador sncrono tiene PP pares de polos (2 polos/par).
El nmero de polos (p) suele ser mltiplo de 4.
PP= (60 f/N)
f=herz N= rpm
Turbina Francis:
Proporcin de sus Dimensiones:
Turbina Francis:
Estimados a travs de los Coeficientes de
Velocidad Tangencial:
Dimetros del Rotor (D1 y D2):
Turbina Francis:
Se evala a travs del coeficiente de Velocidad
de Paso
Altura del Distribuidor (B):
Tarea/Prctica
Regulacin de la Potencia
Regulacin de la Potencia
Efectos de la Regulacin en la turbina Francis
V1 ataca al labe del rotor segn el
ngulo 1 condicionado por la posicin del distribuidor. De la direccin de V1
depende la velocidad radial VR1, y de
sta, el gasto; la transferencia est
condicionada por Vu1.
La magnitud de V1 est condicionada
por la Carga disponible.
Dimensionamiento del Caracol
De=[Q / H1/2]1/2
De= plg, Q= pie3/s,
H= pie
(mayor)
Tubo de Desfogue
Tubo de Desfogue Acodado Dimensiones Prcticas
Anchura Mxima
Amd= 3 D2
Altura Vertical (desde el plano ecuatorial del distribuidor
hasta la parte inferior del codo)
V= 2.7 D2
Longitud Horizontal (Desde la lnea central del eje
de la turbina al extremo de la
descarga)
V= 3.8 D2 D2= Dimetro del rodete a la
salida
Parmetro de Cavitacin
Parmetro de Cavitacin
Velocidad especfica en Funcin de la Carga Hidrulica
Ensayo sobre Modelos y Diagrama Topogrfico
1. Construccin de modelos y determinacin a travs de ellos, de las caractersticas de los prototipos bajo diversos regmenes de operacin, en base a los coeficientes unitarios de funcionamiento.
2. Estudio de la cavitacin. Se obtiene la posicin de la turbina con respecto al nivel de aguas abajo y dimensionamiento del tubo de desfogue.
3. Estudio de la dinmica del fluido a travs de los diferentes ductos dentro de la turbina. Se detecta la presencia de zonas de estancamiento e inestabilidad del flujo.
4. Estudio de los esfuerzos, empujes axiales, etc. A diferentes regmenes de operacin.
Ensayo Sobre Modelos
Ensayo Sobre Modelos Con objeto de comparar modelos de diferentes tamaos bajo diferentes condiciones, los resultados de los modelos son referidos a una carga y dimetro unitarios, a travs de las relaciones de similitud:
El diagrama topogrfico del modelo permite conocer los valores ptimos de los parmetros que sirven para definir las caractersticas de la turbina prototipo.
Rendimiento global de la turbina prototipo a partir del modelo: Formula de Transposicin
Ensayo Sobre Modelos Rendimiento Global
Ensayo Sobre Modelos Rendimiento Global
Diagrama Topogrfico