INFORME 4 TURBINA FRANCIS JORGE IVAN SALAMANCA
INTRODUCCIÓN
Como se ha visto en clase la generación de energía es un proceso de gran importancia, para esto se necesita de una serie de fenómenos de energía, para que haga girar una gran rueda, conectada aun rotor con corriente DC de muy bajo voltaje, cuando se gira el rotor, se va a magnetizar y este fenómeno magnético es el que le hace llegar un gran voltaje al estator del generador. Para que este fenómeno ocurra se debe tener una gran cantidad de energía hidráulica la cual la da el agua que hace de una gran altura y llega a girar una serie de turbinas, una de estas es la Francis descrita en el laboratorio y en el siguiente informe.
MARCO TEÓRICO
TURBINA FRANCIS: Este tipo de turbina fue diseñada y construida por el ingeniero Ingles James Bichano Francis, que emigro a los Estados Unidos, donde realizo numerosos proyectos hidráulicos.
En su diseño original era totalmente radial, con radios de entrada y salida del rotor iguales para todas las partículas fluidas. Al ser radial, el diámetro de salida del rotor D2 resultaba muy grande porque el fluido después de seguir por los canales formados por los alabes, tenia que girar 90°. Por eso se vio la conveniencia de construir el rodete de forma que la velocidad del fluido tuviera una componente axial a la salida.
La turbina Francis es una turbina de reacción y es de admisión total, es decir que el agua entra en el rotor por toda su periferia (por ello para un mismo caudal se requiere un rotor de menor tamaño que el de una turbina Pelton)
los elementos fundamentales de esta turbina, son un distribuidor formado por una corona de alabes, que sirven para guiar el agua, y regular el caudal y un motor acoplado al eje de la turbina.
El distribuidor es de mayor tamaño que el rotor, y rodea al mismo de modo que el movimiento del agua es centripeto respecto al eje.
Otro elemento que se acopla a esta turbina, aunque no es imprescindible, es el tubo de aspiración, que se coloca a la salida del rotor con su extremo inferior sumergido bajo el nivel de agua, y que sirve para aprovechar gran parte de la energia cinetica que el agua conserva aun a la salida del rotor.
LA CÁMARA ESPIRAL: Suele ser una prolongación de la tubería forzada de alimentación, es el primer elemento de la turbina por el que pasa el fluido, y tiene como función guiar al fluido y hacer que llegue con presión a toda la periferia del distribuidor.
EL DISTRIBUIDOR: Su función es, guiar el agua hacia el rotor y regular el caudal, y por tanto la potencia de la turbina, ajustándose en lo posible, a las variaciones de carga de la red, este elemento no genera energía, pero transforma energía de presión en energía cinética.
EL ROTOR: El rotor en las turbinas Francis es centripeto, lo cual ademas de ser favorable para la cesión de energía, conduce a una salida central de agua permitiendo el empleo, de un tubo de aspiración de fácil diseño.
DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO
La descripción del equipo es algo parecida a la de la turbina Pelton, la laca base que es el soporte de los mecanismos de la turbina Francis, por debajo de este esta la bomba la cual hace llegar el fluido con una gran energía a la entrada tubo de presión, a diferencia de la turbina Pelton que su entrada era por una tobera, la carcasa la cual contiene los alabes de la turbina, unas paletas principales las cuales pueden ser abiertas o cerradas por medio de un mecanismo, cuando están totalmente cerradas no hay giro y na potencia = 0, un dispositivo de freno ajustable, la balanza de resorte donde se coloca la carga al eje de salida de la turbina, manómetro para medir presiones, y la salida del tubo, por donde sale el agua después de ser absorbida toda su energía.
DESCRIPCIÓN DE LA PRACTICA
La practica de la turbina Francis fue algo sencilla, lo primero que se hace es verificar que todos los elementos estén en perfecto estado, luego se continua a prender la bomba la cual le hace llegar el fluido a la bomba, después de esto abrir o cerrar las paletas, con la regulación, ponerle una serie de cargas a el eje de salida de la turbina Francis, se prosigue a tomar los diferentes datos de presión, caudal, y con un tacometro manual las diferentes revoluciones de salida, de donde poder hacer todos los cálculos pertinentes de potencia y momento par del motor. Tomar todos los datos y sacar conclusiones con respecto a la practica.
TOMA DE DATOS
TABLA DE DATOS PARA APERTURA DE VALVULA
TABLA PARA ANGULOS DE LAS PALETAS
DESCRIPCIÓN DE LA PRACTICA
La practica de laboratorio, consta de la simulación, de una turbina Francis, lo primero que se tiene que hacer, es verificar que todos los equipos y materiales estén en perfecto estado, lo que sigue es llenar el deposito de agua, abrir las válvulas de succión y descarga para que le legue el agua hacia la turbina, conectar la bomba, el agua entra por el tubo de presión en la carcasa del espiral, el agua pasa por las paletas principales las cuales se pueden regular, para evitar el paso de agua (modificar el caudal), para esta practica se tiene que tomar los datos de presión, por medio del manómetro, que tiene en escala en bares, medir el caudal a la salida de la turbina. Con estos datos se pueden calcular las potencias hidráulica, del árbol y el par motor.
ANÁLISIS DE DATOS
Según los datos obtenidos en la practica, a mayor angulo de cierre de los alabes de la turbina, el caudal sera menor y las revoluciones también disminuyen.
También podemos concluir que a mayor potencia mayor rendimiento de la turbina.
Puede observarse que al aumentar la potencia aumenta el caudal, por lo que dicha curva es creciente. Ello hace que las perdidas en la tuberia de acceso sean mayores, y por tanto la altura neta disminuye.
En cuanto a la curva de rendimiento, puede observarse que es mucho menos plana que el de las turbinas Pelton, debido a las perdidas por choque a la entrada y salida del rotor, cuando funcione en condiciones fuera de diseño. Por tanto, la turbina Francis se adapta mucho peor que las Pelton a las fluctuaciones de carga, pero, sin embargo, en condiciones de diseño se consiguen mejores rendimientos.
CONCLUSIONES
- EL PAR MOTOR
- POTENCIA EN EL ÁRBOL DE LA TURBINA
- POTENCIA GENERADA POR LA RUEDA
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