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