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.