UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA PRESENTADO POR: ANTEZANA ROJAS, Jorge Antonio BARZOLA BARRIOS, Gianpool Erick BRUCIL HIDALGO, Jhair Andre CARDENAS SAICO, Jhon Dalton CASTELLANOS DE LA CRUZ, Nilton Gafet CASTRO CAMPOS, Branner Franklin LOPEZ CAMPOS, Isaac Luis CÁTEDRA: LABORATORIO DE MAQUINAS HIDRAULICAS CATEDRÁTICO: ING. MATTOS INGA, Carlos Pedro SEMESTRE: VIII EL TAMBO-HUANCAYO 2021-I INTRODUCCIÓN La turbina Francis es una turbina hidráulica utilizada en instalaciones de energía hidráulica que funcionan con una altura de caída considerable. Esta turbina fue desarrollada por James Bicheno Francis. La función de la turbina Francis es, principalmente, generar electricidad con la ayuda de un generador. La turbina Francis es el tipo más común de turbina que se instala en las plantas de generación de energía que funcionan sobre la base del flujo de masa de agua a través de una planta de producción. En contraste con la turbina Pelton, la turbina Francis funciona en su mejor momento completamente llena de agua en todo momento. DESARROLLO La turbina Francis, desarrollada por James B. Francis, es una turbomáquina motora a reacción y de flujo mixto. Son turbinas hidráulicas que se pueden diseñar para un amplio rango de saltos y caudales, capaces de operar en desniveles que van de los dos metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el más usado en el mundo, principalmente para la producción de energía eléctrica en centrales hidroeléctricas. Son muy costosas de diseñar, fabricar e instalar, pero pueden funcionar durante décadas. ¿Cuáles son las partes de una turbina Francis? La turbina diseñada por James B. Francis está compuesta por: Cámara espiral: tiene la función de distribuir el fluido en la entrada del rodete. La forma en espiral o caracol permite que la velocidad media del fluido permanezca constante. Predistribuidor: Compuesto por álabes fijos que tienen una función estructural. El diseño hidrodinámico permite minimizar las pérdidas hidráulicas. Distribuidor: constituido por álabes móviles para dirigir el agua hacia los álabes del rodete (fijos) y regular el caudal admitido. El distribuidor permite direccionar el fluido para mejorar el rendimiento y ajustar la potencia a las variaciones de carga de la red eléctrica. Este recibe el nombre de distribuidor Fink. Rotor o rodete: es el responsable del intercambio de energía cinética, la energía potencial y la energía de presión en energía mecánica de rotación en el giro del rodete. El rodete a su vez transmite esta energía a un generador eléctrico. Tubo de aspiración: es la salida de la turbina. ¿Cómo funciona la turbina hidráulica Francis? La turbina Francis es un tipo de turbina de agua de reacción. Es decir, utiliza la energía cinética del agua corriente como energía de presión para hacer girar una rueda hidráulica. La turbina se encuentra entre el puerto de admisión donde se aplica la alta presión y la parte del puerto de descarga de baja presión. La parte de entrada de la turbina es una carcasa (caja espiral) en forma de espiral, y varias paletas de guía hacen que el agua fluya tangencialmente hacia el corredor. El grado de apertura de la aleta guía se puede ajustar para realizar una operación eficiente de acuerdo con la cantidad de agua utilizada. El agua que pasa a través del corredor actúa además sobre él cuando se dirige hacia el centro axial. Finalmente, el agua sale con la energía cinética y con la energía potencial minimizada y el vórtice también desaparece. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO Datos tomados de la turbina francis Abertura he(m) Δhe(m) hs(m) Δhs(m) U (V) I (A) Q (L/S) 3 3.5 4 4.5 0.40 0.39 0.38 0.35 0.15 0.17 0.20 0.29 0.30 0.32 0.35 0.40 0.10 0.15 0.18 0.20 220 220 220 220 8 9 10 11 30 30 30 30 Datos hallados para calcular las potencias Ht Ht Ht Ht 10.31 11.35 12.16 13.52 Calculo de potencias Abertura Pot. Hidr (W) Pot. Freno (W) Pot. Elec (W) Ren. Turbina (%) Pot. Foco (W) 3 3034.23 1872.34 1760 61.7 88 N° de focos 20 3.5 3340.78 2106.38 1980 63.1 99 20 4 3577.98 2340.43 2200 65.4 110 20 4.5 3979.97 2574.47 2420 64.7 121 20 Graficas de curvas Caudal vs Pot. Hidráulica 4500 Pot. HIdraulica (W) 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 5 10 15 20 25 30 35 25 30 35 CAUDAL (l/s) Caudal vs Pot. Freno 3000 2500 Pot. freno 2000 1500 1000 500 0 0 5 10 15 20 Caudal (l/s) Caudal vs nt 66 65.5 65 nt 64.5 64 63.5 63 62.5 62 61.5 0 5 10 15 20 25 30 35 Caudal (l/s) Caudal vs Ht 16 14 12 10 Ht 8 6 4 2 0 0 5 10 15 20 Caudal (l/s) 25 30 35
