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INTRODUCCIÓN Turbina Francis, también se conocen como turbinas radiales- axiales y turbinas de reacción, es una de las turbinas hidráulicas que debido a 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. En esta experiencia se uso un freno del tipo proni para disiparla energía de la turbina tomando los respectivo datos necesarios para describir el comportamiento de la turbina con cargas conectadas (pesas de 1Kg, 0.5Kg) analizando la variación de la eficiencia y manteniendo una presión constante en el caudal. Par un posterior análisis de las gráficas obtenidas el cual se hará en base a las tendencias del equipo usado. 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 diez metros hasta varios cientos de metros. tal es así para caídas altas (entre 800 a 2000 pies) requiere una turbina

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INTRODUCCIÓN

Turbina Francis, también se conocen como turbinas radiales-axiales y turbinas de

reacción, es una de las turbinas hidráulicas que debido a 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.

En esta experiencia se uso un freno del tipo proni para disiparla energía de la turbina

tomando los respectivo datos necesarios para describir el comportamiento de la turbina

con cargas conectadas (pesas de 1Kg, 0.5Kg) analizando la variación de la eficiencia y

manteniendo una presión constante en el caudal. Par un posterior análisis de las gráficas

obtenidas el cual se hará en base a las tendencias del equipo usado.

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 diez metros hasta varios cientos de metros. tal es así para caídas altas (entre 800 a

2000 pies) requiere una turbina para alta presión, de impulso o tipo Pelton.  Si la caída

es intermedia (entre 200 y 800 pies), entonces se escoge una turbina  de reacción tipo

Francis.  Para caídas bajas (menores de 200 pies) se utiliza un tipo de turbina de

reacción tipo Kaplan.

Los Autores

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INDICE

INTRODUCCIÓN......................................................................1

OBJETIVOS...............................................................................3

MATERIALES Y EQUIPOS.....................................................3

ESPECIFICACIONES TECNICAS...........................................4

FUNDAMENTO TEÓRICO......................................................5

PROCEDIMIENTO...................................................................15

CÁLCULOS Y RESULTADOS................................................16

CONCLUSIONES......................................................................21

RECOMENDACIONES Y OBSERVACIONES......................22

BIBLIOGRAFÍA........................................................................23

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TURBINA FRANCIS

I. OBJETIVO

Conocer y analizar el principio de funcionamiento de la turbina Francis.

Determinar las características de operación a diferentes presiones de entrada.

Estudiar la variación de sus respectivas potencias y eficiencias generadas para cada

presión e ingreso del flujo del caudal dado por los álabes de la turbina.

II. EQUIPOS

Turbina Francis

Fig. 1 Turbina Francis

Tacómetro Digital

Fig. 2 Tacómetro digital

Manómetro

Fig. 3 Manómetro

Dinamómetro

Fig. 4 Dinamómetro

Vertedero

Regla

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III. ESPECIFICACIONES TECNICAS DEL EQUIPO

1. Turbina Francis

Marca : ARMFIELD HIDRAULIC ENGINEERING Co.

Ltd. RINGWOOD HARTS, ENGLAND.

Tipo : Ns 36 MK2.

Potencia : 2,5 BHP.

Velocidad : 1000 RPM.

Tamaño nominal del rodete : 6 “.

Velocidad específica : 36 RPM.

Altura neta : 20 pies.

Velocidad de embalamiento máximo : 1800 RPM.

Diámetro de la volante : 12 “.

Diámetro de la entrada : 6 “.

2. Motobomba

Motor : Neman Motor INC

Casco: 2560/DD 2182 BB Ciclo: 60Hz Amperaje: 26A

RPM: 3600BB voltaje: 220v Fase: 3 HP=10

Factor de servicio: 1.15

3. Bomba: Sigmund Pump Ltd.

Tipo: MN63 N° serie: 147305

4. Tacometro Smith

Rango: 0-2000RPM Aprox: 20RPM

5. Manometro Cole-Parm

Rango: 0-60PSI Aprox: 1PSI

6. Dinamometro Saltin

Rango: 0-20Kg Aprox: 100g

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7. Vertedero Weir

Escala: 0-30cm Aprox: 0.1mm

Triangular: α=90° Cd = 0.6

8. Regla

Rango: 0-1m Aprox:1mm

IV. FUNDAMENTO TEÓRICO

La turbina Francis es en la actualidad, la turbina hidráulica típica de reacción de

flujo radial. Lleva este nombre en honor al ingeniero james bichano Francis (1815-

1892), de origen ingles y que emigro a los Estados unidos, donde fue encargado de

realizar proyectos hidráulicos utilizando turbinas centrípetas, esto es con recorrido

radial del agua de afuera hacia dentro, para un debido aprovechamiento de la acción

centrípeta  

La turbina Francis  presenta las siguientes características: 

Su óptimo diseño hidráulico garantiza un alto rendimiento.

Su diseño reforzado da una vida útil de muchas décadas en servicio continuo.

Alta velocidad de giro permite pequeñas dimensiones.

La aplicación de modernos materiales reduce el mantenimiento de las piezas

móviles al mínimo

La turbina Francis es instalada en todo lugar donde se dé un flujo de agua

relativamente constante y donde se exige un alto rendimiento. Su eficiencia es

aproximadamente de 8 % por encima de la turbina de Flujo Cruzado, pero tiene la

desventaja de no poder operar con grandes variaciones del caudal de agua.

Para regular el caudal de agua que entra en el rodete su utilizan las paletas directrices

situadas en forma circular. Cada una de las paletas directrices se mueve sobre un pivote, de

tal forma que llegan a tocarse en la posición de cerrado, en cuyo caso el caudal de agua

recibido por el rodete es máximo. El conjunto de paletas directrices del distribuidor se

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acciona por medio de un anillo móvil, al que están unidas todas las paletas directrices, y

este anillo móvil a su vez está accionado por el regulador de velocidad de la turbina.

El agua después de pasar por el rodete, impulsando a ésta y haciéndolo girar, sale por un tubo

que se denomina TUBO DE ASPIRACIÓN el cual cumple un doble propósito:

- utilizar la diferencia de niveles que existe entre el punto de salida de la turbina y el nivel

agua abajo, denominada altura estática de succión.

- Recuperar, por su forma divergente, parte de la energía cinética que lleva el agua al salir

de la turbina. La altura recuperada es denominada como altura dinámica de succión.

EL TUBO DE ASPIRACIÓN

En una turbina de impulso como la rueda Pelton, la carga disponible es alta (200m o más), y no

hay mucha pérdida entre el trabajo total producido aunque la turbina se coloque separada dos o

tres metros del nivel del desfogue. En la turbina Francis, se desperdiciaría una fracción

considerable de la carga disponible si la turbina se colocara por encima del nivel del desfogue y

el agua que saliera de la turbina nada más descargara a la atmósfera. Colocando la turbina por

encima del nivel de desfogue y llevando el agua de descarga hasta el desfogue por medio de una

tubería de manera que el agua alcance la presión atmosférica solamente en el desfogue, tanto el

trabajo como la eficiencia de la turbina se podrán mejorar considerablemente. En segundo lugar,

el tubo que conduce el agua desde la salida de la turbina hasta el desfogue se puede hacer

ligeramente divergente de manera que una parte de la energía cinética a la salida de la rueda se

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pueda convertir en carga de presión y mejorar el factor total de utilización. Este tubo se conoce

como tubo de aspiración.

Considérese el tubo e aspiración de la siguiente figura. La salida de la turbina está a una altura

Hs sobre el nivel de desfogue. Sea el subíndice 2 el que denote las condiciones a al salida del

rotor mientras que el subíndice 3 indica las condiciones a la entrada y el subíndice 4 a la salida

del tubo de aspiración, donde la presión es atmosférica. Suponiendo que el fluido sea

incompresible y aplicando la primera ley de la termodinámica a un flujo isentrópico sin

pérdidas, entre la salida del rotor y la salida del tubo de aspiración, (despreciando la pequeña

diferencia en la altura entre las secciones 2 y 3), se ve que:

FORMA DE LOS TUBOS DE ASPIRACIÓN

Existen cuatro formas para los tubos de aspiración que dependen de las condiciones de flujo, la

altura de la turbina sobre le desfogue, etc. La primera forma figura (a), es del tipo cónico recto,

que va desde la turbina al desfogue. El segundo tipo, (figura (b)), es también un tubo recto,

excepto que tiene forma de campana. Este tipo de tubo de aspiración tiene la ventaja de que

puede permitir el flujo en la turbina con un componente de remolino y con muy pequeñas

pérdidas.

Cuando no hay espacio libre, o donde, por algunas otras condiciones, se tenga que colocar la

turbina muy cerca o por debajo del nivel de desfogue, se podrá usar un tubo curvo de aspiración.

Este tubo permite la difusión dela carga de velocidad si el área de salida es mayor que el área de

entrada del tubo de aspiración; sin embargo, la eficiencia no es por lo general tan grande como

la de los dos primeros tipos. La cuarta forma de tubo de aspiración es similar a la del tercero,

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excepto que la sección de salida es cuadrada o rectangular en vez de cilíndrica, como sucede

con el tubo que aparece en la fig (c).

Distribución de Presiones

Las turbinas Francis son conocidas como turbinas de sobrepresión por ser variables 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. También se conocen como turbinas radiales - axiales y

turbinas de reacción.

El campo de aplicación es muy extenso, dado el avance tecnológico conseguido en la

construcción de este tipo de turbinas. Pueden emplearse en saltos de distintas alturas dentro de

una amplia gama de caudales (entre 2 y 200 m3/s aproximadamente)

Consideraremos la siguiente clasificación, en función de la velocidad específica del rodete, cuyo

número de revoluciones por minuto depende de las características del salto:

- Turbina Francis lenta. Para saltos de gran altura (alrededor de 200 m o más).

- Turbina Francis normal. Indicada en saltos de altura media (entre 200 y 20m)

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- Turbinas Francis rápidas y extra rápidas. Apropiadas a saltos de pequeña altura

(inferiores a 20m).

Las turbinas Francis, son de rendimiento óptimo, pero solamente entre unos determinados

márgenes (para 60% y 100% del caudal máximo), siendo una de las razones por la que se

disponen varias unidades en cada central, al objeto de que ninguna trabaje, individualmente, por

debajo de valores del 60% de la carga total.

Al igual que las turbinas Pelton, las turbinas Francis pueden ser instaladas con el eje en posición

horizontal, o vertical, siendo esta última disposición la más generalizada por estar ampliamente

experimentada, especialmente en el caso de unidades de gran potencia. Para describirlas, nos

basaremos en turbinas de eje vertical.

Componentes De Una Turbina Francis

La relación de componentes fundamentales, considerando como referencia, siempre que ello sea

factible, el sentido de circulación del agua por la turbina, es el siguiente:

- Cámara espiral

- Distribuidor

- Rodete

- Tubo de aspiración

Y también

- Eje

- Equipo de sellado del eje de turbina

- Cojinete guía de turbina

- Cojinete de empuje

Figura 1

 

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En la figura 1, está representada en semicorte axial una turbina NEYRPIC, de 100.000 CV de

potencia, 333 r.p.m. para un salto de 179 m. Se puede apreciar el rodete o parte móvil de turbina

(1 en la figura), constituido por un cierto número de paletas o álabes que oscila entre 16 y 21, y

depende del tipo de construcción.

El agua procedente de la tubería forzada entra perpendicularmente al eje de la turbina y sale

paralela a él. La parte por la que entra el agua en la turbina se denomina cámara de descarga, la

que está indicada por 2 en la figura. El agua, después de pasar por el rodete, impulsando a éste y

haciéndolo girar, sale por un tubo denominado tubo de aspiración (3 en la figura).

Para regular el caudal de agua que entra en el rodete se utilizan unas paletas directrices situadas

en forma circular, y cuyo conjunto de denomina distribuidor (4 en la figura). Cada una de las

paletas directrices se mueve sobre un pivote, de tal forma que llegan a tocarse en la posición de

cerrado, en cuyo caso no entra agua en el rodete, y tienen sus caras casi paralelas en la posición

de abierto, en cuyo caso el caudal de agua recibido por el rodete es máximo. El conjunto de

paletas directrices del distribuidor se acciona por medio de un anillo móvil (5 en la figura), al

que están unidas todas las paletas directrices, y este anillo móvil, a su vez está accionado por el

regulador de velocidad de la turbina. Esto se puede apreciar en la figura 2, una turbina Francis

vista desde abajo; donde (1) es el rodete de la turbina, unido al eje (2) de la misma. Las paletas

del distribuidor están representadas por (3), y (4) expresa los pivotes sobre los que giran dichas

paletas; en la figura, las paletas del distribuidor están casi totalmente abiertas.

Figura 2

Eje de una turbina Francis

El eje de un grupo tiene ciertas peculiaridades cuando se encuentra instalado en posición

vertical. Por medio del eje de turbina, al estar rígidamente unido mediante acoplamiento al eje

del alternador, se transmite al rotor de éste el movimiento de rotación necesario. Ahora bien, en

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este tipo de turbinas, es en la zona de eje correspondiente al alternador donde se suele disponer

el medio para soportar todo el peso del conjunto formando por ejes, rotor, rodete y empuje del

agua sobre los álabes de este último. Tal medio, es el denominado cojinete de empuje, del cual

nos ocuparemos oportunamente.

Además del cojinete de empuje, el eje completo del grupo, dispone de hasta tres cojinetes guías.

Dos de ellos están situados en la zona del alternador, y un tercero en la zona de turbina, al cual

nos referiremos en breve.

En determinados grupos, y por características constructivas de los mismos referidas a

condiciones de peso y sustentación, o aireación del rodete, el eje es hueco en su totalidad.

Aireación de rodetes Francis

La conducción formada en los ejes huecos, permite la circulación de una corriente de aire hacia

el interior del rodete y el tubo de aspiración, al objeto de evitar efectos de vacío, que serían

perjudiciales para estos y otros elementos de la turbina. La salida del aire se efectúa a través de

orificios practicados en el difusor.

Para evitar un posible paso de agua a la zona de ubicación del alternador, a través del eje, se

instala, en el extremo superior de éste o en el propio difusor, una válvula denominada válvula de

aireación. Dicha válvula, en función de la carga solicitada a la máquina, controla

automáticamente el paso de aire hasta la parte inferior del rodete, cuando se produce un fuerte

efecto de succión, debido a la velocidad adquirida por el agua en el tubo de aspiración, en su

camino hacia el canal de desagüe.

Cuando el eje es macizo, o se necesitan mayores aportaciones de aire, la aireación se obtiene o

se incrementa bien a través de una canalización que bordea circunferencialmente al cono de

aspiración, o mediante un tubo con perforaciones equidistantemente repartidas en su periferia

(procedimiento ya en desuso), que atravesando diametralmente a dicho cono, por debajo del

rodete, comunica con la atmósfera exterior. La entrada de aire a dichos conductos, también

puede estar dotada de la correspondiente válvula de aireación.

En el caso de turbinas de eje horizontal, que necesitan aireación, la válvula para tal fin se sitúa,

generalmente, sobre la parte superior del codo del tubo de aspiración.

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La turbina Francis representada anteriormente es de eje vertical; también se construyen turbinas

Francis de eje horizontal, tal como la representada en las figuras 3 y 4; se trata de una turbina

ESCHER WYSS de 72.300 kW y 750 r.p.m. para un salto de 522 m; en este caso la cámara de

descarga rodea verticalmente el rodete, mientras que la cámara de aspiración sigue siendo

vertical, como en el caso de la turbina Francis de eje vertical.

 

Figura 3

Figura 4

Para la elección de una turbina Francis de eje horizontal o de eje vertical, se tienen en cuenta

diversos criterios.

La turbina Francis de eje horizontal presenta las siguientes ventajas:

Separación completa de la turbina y el generador.

Disposición ventajosa de la sala de máquinas ya que la turbina y el generador están

situados al mismo nivel.

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Fácil montaje.

Facilidad de reparaciones en la turbina y en el generador.

Costo reducido de la turbina y el generador.

 

Respecto a la turbina de eje horizontal, la turbina Francis de eje vertical presenta los siguientes

inconvenientes:

La turbina y el generador ya no son completamente independientes puesto que ambas

máquinas han de estar soportadas por un cojinete axial común.

Al estar superpuestas la turbina y el generador, se precisa construir una sala de

máquinas de, por lo menos, dos plantas.

El montaje es más difícil.

Los dispositivos de engrase (sobre todo del cojinete axial) son más complicados.

El costo es superior en aproximadamente, un 20 % a igualdad las demás condiciones.

 En resumen, que la tendencia moderna es construir turbinas Francis de eje horizontal. Sin

embargo, como las primeras turbinas Francis eran de eje vertical, las casas constructoras tienen

mayor experiencia en la construcción de turbinas de este tipo, por lo que todavía se realizan

muchas instalaciones con turbinas Francis de eje vertical. Sobre todo, es interesante el empleo

de estas turbinas cuando, por razones de espacio disponible, conviene reducir la superficie de la

sala de máquinas, todo lo que sea posible.

La forma de rodete y el perfil de los álabes dependen de las características de salto y caudal. Se

puede ver en la figura 5 un rodete de turbina Francis lenta, para un salto de 455 m, y en la figura

6, un rodete de turbina Francis extra rápida, para un salto de 32 m, en que su tamaño aumenta

significativamente, para aumentar su velocidad, variando también el ángulo de las paletas.

 

Figura 5 Figura 6

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En las centrales hidráulicas con saltos de pequeña y mediana altura, la turbina Francis se monta

con la cámara de descarga abierta. En las figuras 7 y 8 se representan esquemáticamente dos

turbinas Francis, de eje vertical y de eje horizontal, respectivamente, montadas en cámara

abierta. En este tipo de cámara el agua llega libremente hasta la turbina, quedando ésta

sumergida en el agua, tal como puede apreciarse con ambas figuras.

Figura 7

Figura 8

 

Principio De Funcionamiento De Las Turbinas Francis

Considerando los aspectos constructivos de los componentes de las turbinas Francis, se

comprende con facilidad el funcionamiento de las mismas.

En la mayoría de los casos, la instalación de este tipo de turbinas, se realiza en centrales para

cuya alimentación de agua se requiere la existencia de un embalse. Otra particularidad en la

ubicación de estas turbinas, radica en que el conjunto esencial de las mismas, es decir, cámara

espiral - distribuidor - rodete - tubo de aspiración, se encuentra, generalmente, a un nivel

inferior respecto al nivel alcanzado por el agua en su salida hacia el cauce del río en dirección

aguas abajo.

Podemos considerar, por lo tanto, la presencia de una columna de agua continua, entre los

distintos niveles de los extremos mencionados, embalse - salida de agua, deduciendo que la

turbina está totalmente llena de agua. según otras disposiciones de instalación, especialmente en

saltos de muy poca altura, podríamos interpretar que se halla sumergida, tal es el caso de no

disponer de cámara espiral, encontrándose instalado el rodete en el interior de una cámara

abierta, normalmente de hormigón, enlazada directamente con la zona de toma de agua o

embalse. La energía potencial gravitatoria del agua embalsada, se convierte en energía cinética

en su recorrido hacia el distribuidor, donde, a la salida de éste, se dispone de energía en forma

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cinética y de presión, siendo, la velocidad de entrada del agua en el rodete, inferior a la que le

correspondería por altura de salto, debido a los cambios bruscos de dirección en su recorrido.

V. PROCEDIMIENTO

1. Calibrar el linímetro a cero al vértice y el dinamómetro

2. Accionar el botón de encendido de la bomba

3. Abrir la válvula de salida de la bomba

4. Seleccionar una presión de funcionamiento que debe permanecer constante durante todo

el ensayo.

5. Medir y anotar la altura que se obtiene en el linímetro, el tacómetro mecánico como el

digital.

6. Para determinar la posición de los alabes directrices se hace variar la carga al freno.

7. Para cada carga aplicada tomar los datos de la velocidad. De la fuerza en el

dinamómetro, de la pesa y de la altura del linimetro.

8. Repetir desde el paso 4 para otras presiones de funcionamiento

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9. ESQUEMA DE LA INSTALACIÓN EN EL LABORATORIO

VI. CÁLCULOS Y RESULTADOS

Como se repiten los mismos pasos en los cálculos, trabajaremos con un dato y

calcularemos todas sus potencias y eficiencias para así comprobar nuestra veracidad en los

resultados. Dato a utilizar:

P=10 psi, h= 0.152 m, ω=930 RPM, LD=3.35 kgf con una carga de 1 kgf

a) Potencia Hidráulica (HPa)

………. (1)

………. (α) ………. (β)

Donde: : peso específico del agua.

H: altura útil.

Q: caudal

h: altura medida en el linnímetro (en metros)

b) Potencia al Freno (BHP)

……….(3)

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Donde: LD: Lectura del dinamómetro

carga: pesas

ω: velocidad angular.

r = 15.5 cm

W

c) Eficiencia Total (ηT)

……….(6)

TABLAS Y CURVAS

1. Ángulos directrices al 50% de altura

a) Primera lectura para P= 10 psi

Carga(kgf) ω (RPM) h(m) Q (m3/s) LD(kgf) T(N.m) BHP(W) HPA(W) NT (%)

1 930 0,152 0,012754758 3,35 3,56965 347,63572 879,3512812 39,53320216

2 525 0,151 0,01254601 5,6 5,4684 300,632126 864,9595519 34.75678427

3 481,2 0,151 0,01254601 7,8 7,2912 367,401089 864,9595519 42,47610055

Fig. 5 Potencia al freno vs ω

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γ (kgf/m3) P1(PSI) HU(m)

1000 10 7.035

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Fig. 6 Eficiencia vs ω

b) Segunda lectura para P= 15 psi

γ (kgf/m3) P1(PSI) HU(m)

1000 15 10.55

Carga(kgf) ω (RPM) h(m) Q (m3/s) LD(kgf) T(N.m) BHP(W) HPA(W) NT(%)

1 1362 0,154 0,013178472 3,4 3,6456 519,950419 1362,522212 38,16087654

2 1220 0,155 0,013393451 4,6 3,9494 504,552964 1384,748917 36,43642237

3 963,2 0,155 0,013393451 6,5 5,3165 536,238636 1384,748917 38,72461131

4 628,4 0,158 0,014050959 9,2 7,8988 519,772267 1452,728665 35,77903287

5 418,6 0,158 0,014050959 11,3 9,5697 419,482026 1452,728665 28,87545595

Fig. 7 Potencia al freno vs ω

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Fig. 8 Eficiencia vs ω

2. Ángulos directrices al 75% de altura

a) Primera lectura para P= 5 psi

Carga(kgf) ω (RPM) h(m) Q (m3/s) LD(kgf) T(N.m) BHP(W) HPA(W) NT(%)

1 1119 0,177 0,018663643 3 3,038 355,986612 643,2723187 55.33995506

2 1143 0,179 0,019195341 4,5 3,7975 454,527142 661,5981388 68,70139371

3 1035 0,185 0,020844552 6,4 5,1646 559,748386 718,4408506 77,91154771

4 687,9 0,188 0,021699907 9,2 7,8988 568,986859 747,9220214 76,07569275

5 402,3 0,19 0,022281645 11,6 10,0254 422,345189 767,9725546 54,99482844

Fig. 5 Potencia al freno vs ω

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γ (kgf/m3) P1(PSI) HU(m)

1000 5 3.517

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Fig. 6 Eficiencia vs ω

b) Segunda lectura para P= 10 psi

γ (kgf/m3) P1(PSI) HU(m)

1000 10 7.035

Carga(kgf) ω (RPM) h(m) Q (m3/s) LD(kgf) T(N.m) BHP(W) HPA(W) NT(%)

1 1720 0,189 0,021989622 2,8 2,7342 492,464053 1516,030509 32,4837825

2 1684 0,19 0,022281645 4,1 3,1899 562,51611 1536,163469 36,61824549

3 1479 0,19 0,022281645 5,7 4,1013 635,192734 1536,163469 41,34929299

Fig. 5 Potencia al freno vs ω

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Fig. 6 Eficiencia vs ω

VII. CONCLUSIONES

La potencia de la turbina Francis tiende a disminuir conforme se reduce el ángulo de las

directrices debido a que el área de entrada al rotor disminuye ocasionando una caída de

presiones. Asimismo debido a esta caída de presión el caudal en la turbina disminuye,

ocasionando también que la potencia entregada al eje será menor. Es por esto que la

tendencia de las curvas Eficiencia vs RPM tienen la misma tendencia y

aproximadamente el mismo valor ya que la potencia del agua y la potencia al eje

mantienen una proporcionalidad

Como consecuencia del aumento de la carga y por ende la disminución de las RPM de

la turbina la potencia del agua HPA y la Potencia al eje BHP tienden a aumentar

A pesar de la turbina francis tiene una mayor eficiencia en comparación con las turbinas

pelton este necesita un mayor caudal pero una menor altura el cual tiene algunas

ventajas en comparación con la turbinas pelton las cuales se aplican en las centrales

eléctricas ubicadas en las represas.

Al aumentar la carga, la presión al ingreso de la turbina aumenta esto se debe a que

aumenta el trabajo de la turbina, incrementando la fuerza de reacción de la turbina que

está en contacto directo con el flujo de agua bajo las mismas condiciones de presión,

cosa que no sucede con la turbina pelton ya que cuando el caudal sale de la tobera toma

la presión atmosférica.

Al comparar las curvas TORQUE vs RPM en las diferentes posiciones del estator, se

observa que cuando la potencia del agua es mayor, el eje soporta mayores cargas, esto

era de esperarse ya que cuando se le entrega mayor potencia al eje este tendrá mayor

resistencia.

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Se puede observar que cuando los alabes están al 75% de altura las curvas BHP vs y N

vs son de forma campana localizándonos en la parte mas eficiente de la curva

campana de nuestro manual.

VIII. OBSERVACIONES

Antes de llegar a frenar la volante debe comenzarse a agregarse pesas pequeñas en peso

para conseguir una mejor curva

La primera toma de datos fue mal hecha

Las RPM registrada por el tacómetro son muy inestables por lo que se tuvo que medir

varias veces para sacar una especie de promedio en la lectura.

Al medir la altura de vertedero oscilaba mucho

Se debe mantener la presión constante ya que este oscila

El valor medido por el dinamómetro es aproximado debido a que este vibraba y no se

mantenía quieta la aguja.

IX. RECOMENDACIONES

Tomar diversas medidas con el tacómetro digital, dado que casi siempre se obtienen

variaciones significativas, cuyo valor final será el promedio de los datos tomados

Tener sumo cuidado para mantener la presión del manómetro constante (5psi), de tal

manera que se puedan minimizar los errores en el cálculo.

Se recomienda esperar unos minutos antes de la toma de datos para dejar que el sistema

se estabilice.

A la hora de tomar la lectura del dinamómetro se presiona rápidamente el eje de giro

con la punta de un lapicero.

Debemos ir añadiendo en forma ascendente, pero gradual las pesas al dinamómetro, para

evitar incremento brusco de la fuerza de fricción conllevando a ello el freno de la volante,

que se detendría por la saturación.

X. BIBLIOGRAFIA

MANUAL DE LABORATORIO

KADAMBI and MONOHAR “Turbomaquinaria” Volumen 3, Limmusa,

México, 1977

VIEJO ZUBICARAY Turbinas, teoría, Diseño y Aplicaciones” Limmusa,

México, 1977.

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