TURBINA FRANCIS

La turbina Francis es una tubería de sobrepresión  de plena admisión exterior radial.  Plena admisión radial quiere decir que siempre se establece el contacto con el 100% de las paletas de la turbina. Por tanto, a diferencia de la turbina Pelton, la turbina Francis alcanza altos números de revoluciones incluso con bajas alturas de caída.  Además,  puede proporcionar más agua con el mismo tamaño constructivo.

En el aparato principal (1), una parte de la energía de presión se convierte en velocidad.  La corriente de agua acelerada entra desde el exterior en la rueda de rodadura. (2) y pasa por la misma radialmente hacia adentro.  En la rueda de rodadura existe una sobre presión, la turbina Francis recibe también el nombre de turbina de sobrepresión.  Tanto las presiones como las velocidades del perímetro son diferentes en la entrada y la salida de la rueda de rodadura.  Esto es lo que diferencia la turbina Francis de la turbina Pelton.  En general, las paletas de rodadura están curvadas hacia atrás.  El agua abandona la rueda de rodadura en (3) axialmente.  La capacidad de absorción y, de esta manera, la potencia de la turbina se ajusta girando las paletas principales (4).


Las paletas tienen forma de una copa doble.

Determinación del par de giro

• Para determinar el par de giro es necesario aplicar una carga con el dispositivo de frenado. Por medio de la balanza de resorte (1)  y del dinamometro de polea (2) se puede determinar el par de giro: 

M=F*(D/2)

D:50mm

La fuerza F se determina con los valores leídos en F1 y F2.

F=F1-F2 

REVOLUCIONES 

• Las revoluciones se calculan por medio de un tacometro manual sin contacto que posee un laser y un espejo que se encuentra en la polea. Se marca con el tacometro sobre la polea y este dara el numero de revoluciones a las cuales gira la polea. 

Calculo de altura de caída

• La altura de caida H de la columna de agua corresponde a la presion de bomba aplicada delante de la turbina. La altura de caida se puede leer en el manometro (1) en bar. 

 H=p/(p*g)

p=1000 kg/m^3 

g= 9.81 m/s^2 

EQUIPO DE TRABAJO

El equipo a emplear en esta práctica es un modelo de Demostración de una turbina Pelton. Los componentes del equipo son los siguientes:

1. Placa Base.
2. Entrada tubo de presión.
3. Carcaza en espiral.
4. Paletas principales.
5. Rueda de rodadura.
6. Regulación de paleta principal.
7. Dispositivo de freno ajustable.
8. Balanza de Resorte.
9. Manómetro.
10. Salida tubo de aspiración.

    

1. Entrada tubo de presión en la carcasa en espiral.
2. Carcasa en espiral.
3. Paletas principales.
4. Rueda de Rodadura.
5. Regulación de paleta principal.
6. Tubo de aspiración.
7. Junta de árbol.
8. Árbol de turbina.
9. Dispositivo de regulación axial para la rueda de rodadura.
10. Polea.
11. Correa.
12. Balanza de resorte.

TURBINA PELTON

En esta practica se llevara a cabo el análisis de una rueda pelton las cuales son usadas en centrales hidráulicas para convertir la energía potencial del agua en energía hidráulica. En el siguiente link podremos observar una turbina pelton usada en centrales hidroeléctricas  Link : Turbina Pelton.

Las turbinas hidráulicas forman parte de centrales hidráulicas. Su función consiste en convertir la energía potencial del agua, que contienen las presas, los canales o ríos, en energía mecánica.  En la mayoría de los casos, se utilizan para propulsar generadores eléctricos.

En el caso de la turbina Pelton, el chorro de agua se acelera en una tobera y sale con presión atmosférica.  Después de un vuelo libre, el chorro choca tangencialmente contra las paletas de la rueda de rodadura.  Debido al chorro de agua libre, las turbinas Pelton se llaman también turbinas de chorro libre. En las paletas se invierte el chorro de agua prácticamente 180.  El impulso del chorro de agua se transmite a la rueda de la rodadura.  En caso de un ajuste óptimo de la velocidad del chorro y de la velocidad del perímetro de la rueda de rodadura, la velocidad absoluta a la salida y, de esta manera, la pérdida de salida es prácticamente nula. 

Las paletas tienen forma de una copa doble para guiar el fluido hacia  afuera y evitar que choque con otro alabes e interfiera con la entrada del fluido. 

PAR DE GIRO

• Para determinar el par de giro es necesario aplicar una carga con el dispositivo de frenado. Por medio de la balanza de resorte (1)  y del dinamometro de polea (2) se puede determinar el par de giro: 

M=F*(D/2)

D:50mm

       La fuerza F se determina con los valores leídos en F1 y F2 

F=F1-F2 

Por medio del volantes (3) se proceder a girar hasta encontrar el valor deseado para la fuerza F. 

REVOLUCIONES 

• Las revoluciones se calculan por medio de un tacometro manual sin contacto que posee un laser y un espejo que se encuentra en la polea. Se marca con el taconemtro sobre la polea y este dara el numero de revoluciones a las cuales gira la polea.  

EQUIPO DE TRABAJO 

El equipo que se usara para esta practica de laboratorio consiste en un modelo de demostración de la turbina Pelton.

1. Placa Base.
2. Entrada tobera.
3. Regulación Tobera.
4. Aguja Tobera.
5. Rueda Pelton.
6. Carcasa de turbina.
7. Manómetro.
8. Dispositivo de freno Ajustable.
9. Balanza de Resorte.
10. Salida a través de la carcasa abierta.

PRECAUCIONES PARA DE TRABAJO

1. Abra las válvulas en los lados de aspiración y presión.
2. Llene el depósito de agua.
3. Conecte la bomba y compruebe si esta gira. De no ser así desconecte la bomba e indíquele al monitor del área que la bomba se encuentra frenada, para él realice el procedimiento requerido para que esta gire.
4. Haga funcionar la bomba o la turbina por lo menos durante 5 minutos antes de iniciar la práctica.

PARTES DE LA TURBINA PELTON 

1. Entrada de tobera (Oculta).
2. Carcasa de turbina.
3. Rueda de Rodadura con paletas Pelton.
4. Vidrio Frontal.
5. Junta de árbol.
6. Salida a través del fondo abierto.
7. Árbol de turbina.
8. Dispositivo de regulación axial para la rueda de rodadura.
9. Polea.
10. Correa.
11. Balanza de resorte.

ANÁLISIS DE DATOS 

Cálculos a realizar 

• Par M en el árbol

• Potencia Pab en el árbol de turbina
  

• Potencia hidráulica P_hyd
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

CONCLUSIONES 

Con los datos tomados en el laboratorio y las gráficas analizadas podemos determinar que este tipo de turbinas poseen un punto donde su efectividad es mayor pero el caudal que puede mover no es tan alto, podemos definirlo como un caudal medio entre todo el que puede trabajar. 

En este punto la turbina posee su mayor rendimiento pero a medida que se incrementa el caudal la potencia que produce el árbol de la turbina disminuye pero el torque que genera es mayor por consiguiente la altura que puede manejar esta turbina sera mas alta. 

BOMBAS EN SERIE Y PARALELO

En esta practica se dispone de un montaje de bombas centrifugas para el análisis de estas en una conexión en serie, en paralelo e individualmente. Igualmente se cuentan con manómetros a la entrada y a la salida de cada bomba e igualmente a la salida final del fluidos; también podemos encontrar varias válvulas ubicadas de tal forma que permitan la conexión en serie, en paralelo e individualmente.

BOMBAS CENTRÍFUGAS

Curva de las bombas centrifugas 

En esta gráfica podemos encontrar la relación  del volumen bombeado con respecto a la presión ejercida por la bomba dentro de la tubería. Con esta gráfica encontramos las relaciones de esta dependiendo la presión o flujo volumetrico con necesitemos al momento de trabajar una bomba. 

CONEXIÓN EN SERIE

Para esta conexión podemos encontrar que la curva se vuelve mas empinada y la presión aumenta por que  se suman las presiones de ambas bombas pero su flujo volumetrico sigue igual.

CONEXIÓN EN PARALELO 

En este caso tenemos que los caudales de las bombas se suman mientras que la presión de ambas bombas permanece igual. Esto podemos interpretarlo que gracias a este tipo de conexión con la misma presión podemos bombear una mayor cantidad de flujo volumetrico. 

CAPACIDAD DE BOMBEO 

Esta es la capacidad de bombeo que posee la bomba y se obtiene por medio del caudal volumetrico y la presión diferencial alcanzada entre la entrada y la salida de la bomba. 

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO 

Para esta practica de laboratorio se trabajara con un banco de hidrodinamica HM-50 y un modulo basico HM150.

1. Deposito de almacenamiento
2. Rebosadero de emergencia
3. Boquilla de admisión de agua
4. Válvula entrada bomba 1
5. Válvula de entrada bomba 2
6. Válvula de conexión 
7. Válvula de salida bomba 1
8. Válvula de salida final
9. Bomba 1
10. Bomba 2
11. Caja de interruptores principal
12. Boquilla de salida 
13. Manómetro de entrada bomba 1
14. Manómetro de salida bomba 1
15. Manómetro de entrada bomba 2 
16. Manómetro de salida bomba 2 
17. Manómetro de salida final
18. Asa de transporte
19. Tubo de salida

CONEXIÓN EN SERIE 

Se procede a cerra la válvula 5  y a válvula 7 para permitir que el fluido entra a la bomba 1 y siga su camino hasta la bomba 2 hasta salir del sistema. 

CONEXIÓN EN PARALELO 

En este caso procedemos a cerrar solamente la válvula 6 y las demás abiertas para permitir la conexión en paralelo de las bombas tal cual se muestra en la figura. 

CONEXIÓN INDIVIDUAL 

Para este caso procedemos a cerra la válvula 5 y 6 para la medición de la bomba 1; igualmente cerramos la válvula 4, 6 y 7 para realizar la medición de la bomba 2. 

ANÁLISIS DE DATOS. 

En el siguiente link podemos encontrar un archivo adjunto con los datos recolectados en el laboratorio al igual que su correspondiente análisis y gráficas. 

• Para ver los datos del laboratorio por favor abrir el link adjunto a continuación:

Link: Datos laboratorio #2  

CONCLUSIONES 

Gracias a esta practica de laboratorio se logro conocer, entender e interpretar como son las conexiones en serie y en paralelo para las bombas centrifugas al igual que su comportamientos en ambas situaciones. 

Con los datos recolectados se trabajaron las gráficas que tienen su variación con las teóricas debido a errores en la medición normales de las practicas.

Se logro comprender que este tipo de conexiones se pueden usar en la industria dependiendo e trabajo a realizar como es el bombeo de fluidos para alturas determinadas o al contrario si necesitamos grandes flujos volumetricos.