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BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
1
Departamento:
Area:
Ingeniería Eléctrica y Energética
Máquinas y Motores Térmicos
CARLOS J RENEDO [email protected]
INMACULADA FERNANDEZ DIEGO [email protected]
JUAN CARCEDO HAYA [email protected]
FELIX ORTIZ FERNANDEZ [email protected]
Las trasparencias son el material de apoyo del profesorpara impartir la clase. No son apuntes de la asignatura.Al alumno le pueden servir como guía para recopilarinformación (libros, …) y elaborar sus propios apuntes
En esta presentación se incluye un listado de problemasen el orden en el que se pueden resolver siguiendo eldesarrollo de la teoría. Es trabajo del alumnoresolverlos y comprobar la solución
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
2
1.1.- Introducción a las Máquinas Hidráulicas
1.2.- Bombas Hidráulicas
1.3.- Turbinas Hidráulicas
1.3.1.- Generalidades de las Turbinas Hidráulicas
1.3.2.- Turbinas Pelton
1.3.3.- Turbinas Francis
1.3.4.- Turbinas Kaplan
1.3.5.- Estudio de Turbinas Hidráulicas
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles
3
Generalidades
Componentes Constructivos
Funcionamiento
Parámetros de Diseño
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
4
Las Turbinas Francis se conocen como turbinas de sobrepresión por serésta variable en el rodete, o también como turbinas de admisióncentrípeta o total por encontrarse el rodete sometido a la influencia directadel agua en toda su periferia
Entran en la clasificación de turbinas radiales-axiales y de reacción
El campo de aplicación es muy extenso, dado el avance tecnológicoconseguido en la construcción de este tipo de turbinas. Se puedenemplear en saltos de distintas alturas dentro de una amplia gama decaudales (entre 2 y 200 m3/s aproximadamente)
Las turbinas Dériaz son, esencialmente, turbinas Francis de álabesorientables
Generalidades
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
5
Son esencialmente los siguientes:
• Cámara espiral
• Distribuidor
• Rodete
• Tubo de aspiración
• Eje
Palas directrices
Sistema de accionamiento
Componentes (I):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
6
Son esencialmente los siguientes:
• Cámara espiral
• Distribuidor
• Rodete
• Tubo de aspiración
• Eje
Palas directrices
Sistema de accionamiento 1 Caja espiral
2 Distribuidor
3 Rodete
4 Codo de salida
5 Tubo de Aspiración
6 Nivel Inferior
S Salida
4
1
3
2
5
S
6
Componentes (I):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
7
Cámara Espiral (I)
La cámara espiral más habitual está formada por la unión sucesiva de unaserie de virolas tronco-cónicas, cuyos ejes respectivos forman una espiral
Esta disposición constructiva permite que el agua atraviese la cámara avelocidad sensiblemente constante, evitándose la formación de torbellinosque darían lugar a pérdidas de carga
En la zona periférica interna se encuentrael antedistribuidor, formado por una seriede palas fijas equidistantes unas de otrascuya curvatura y orientación consiguen quela proyección del agua salga dirigida casiradialmente
Componentes (II):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
8
En la zona periférica interna se encuentrael antedistribuidor, formado por una seriede palas fijas equidistantes unas de otrascuya curvatura y orientación consiguen quela proyección del agua salga dirigida casiradialmente
La cámara espiral más habitual está formada por la unión sucesiva de unaserie de virolas tronco-cónicas, cuyos ejes respectivos forman una espiral
Esta disposición constructiva permite que el agua atraviese la cámara avelocidad sensiblemente constante, evitándose la formación de torbellinosque darían lugar a pérdidas de carga
Qec
3/8 Q
ec
1/8 Q
ec
2/8 QRodete
5/8 Q
Cámara Espiral
7/8 Q
6/8 Q
ec
ec
4/8 Q
Distribuidor
Cámara Espiral (I)Componentes (II):
ce cte en toda la espiral
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
9
Qec
3/8 Q
ec
1/8 Q
ec
2/8 QRodete
5/8 Q
Cámara Espiral
7/8 Q
6/8 Q
ec
ec
4/8 Q
Distribuidor
ne Hg213,0c
e
21
e1 c4
dcAQ
Si se consideran 8 secciones:
Q8
7Q
8
7Q 8/88/7
Q8
6Q 8/6
e1 c
Q4d
18 d8/1d e
22
e8/78/7 c4
dcAQ
1
ee
8/72 d
8
7
c
Q8/74
c
Q4d
Q8
1Q 8/1
ce cte en la espiral
Se debe limitar la velocidad de entradadel agua en la cámara para reducir laspérdidas por fricción
• Metálicas:
• Hormigón:
ne Hg228,018,0c
Cámara Espiral (II)Componentes (II):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
10
Distribuidor (I)
El distribuidor está formado por un determinado número de palasmóviles cuya función es la de distribuir, regular o cortar totalmente elcaudal de agua que fluye hacia el rodete
El distribuidor lo componen principalmente los siguientes elementos:
• Palas o álabes directrices orientables
Dirigen el líquido al rodete con un mínimo de pérdidas y transforman parte dela energía de presión en energía cinética
El hecho de que los álabes se puedan orientar permite la regulación de laturbina, al poder variar el caudal que llega al rodete
Componentes (III):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
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El distribuidor está formado por un determinado número de palasmóviles cuya función es la de distribuir, regular o cortar totalmente elcaudal de agua que fluye hacia el rodete
El distribuidor lo componen principalmente los siguientes elementos:
• Palas o álabes directrices orientables
• El sistema de accionamiento de los álabes
Son los elementos mecánicos a base de servomecanismos, palancas y bielasque constituyen el equipo de regulación de la turbina y está gobernado por elregulador de velocidad
Distribuidor FinkAnillo
Bielas
RodeteAlabes
Brazo
Cerrado Abierto
Distribuidor (II)Componentes (III):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
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El distribuidor está formado por un determinado número de palasmóviles cuya función es la de distribuir, regular o cortar totalmente elcaudal de agua que fluye hacia el rodete
El distribuidor lo componen principalmente los siguientes elementos:
• Palas o álabes directrices orientables
• El sistema de accionamiento de los álabes
Son los elementos mecánicos a base de servomecanismos, palancas y bielasque constituyen el equipo de regulación de la turbina y está gobernado por elregulador de velocidad
Distribuidor FinkAnillo
Bielas
RodeteAlabes
Brazo
Cerrado Abierto
Bielas de mandoBieletas
Anillo de maniobra
Cerrado Abierto
Distribuidor (II)Componentes (III):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
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El distribuidor está formado por un determinado número de palasmóviles cuya función es la de distribuir, regular o cortar totalmente elcaudal de agua que fluye hacia el rodete
El distribuidor lo componen principalmente los siguientes elementos:
• Palas o álabes directrices orientables
• El sistema de accionamiento de los álabes
Son los elementos mecánicos a base de servomecanismos, palancas y bielasque constituyen el equipo de regulación de la turbina y está gobernado por elregulador de velocidad
Distribuidor FinkAnillo
Bielas
RodeteAlabes
Brazo
Cerrado Abierto
Bielas de mandoBieletas
Anillo de maniobra
Cerrado Abierto
Distribuidor (II)Componentes (III):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
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Se trata de la pieza fundamental de la turbina, donde se obtiene laenergía mecánica deseada
Consta de un núcleo central, alrededor del cual se encuentra dispuestoun número determinado de álabes, aproximadamente entre 12 y 21,equidistantemente repartidos y solidarios al mismo, formando pieza únicaen bloque por fundición o soldadura, es decir, sin uniones ni fijacionesaccesorias
La longitud de los álabes y su mayoro menor inclinación respecto al eje dela turbina, depende del caudal, de laaltura del salto y, en consecuencia,de la velocidad específica
Rodete (I)Componentes (IV):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
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El Triángulo de Velocidades es como el genérico para M. H.:
Triángulo en la entrada y otro Triángulo en la salida
β
C W
UVelocidad periférica del rodete
Velocidad del fluido Velocidad relativa
wuc
C
Cu
Cm
W
Wu
Wm
mu ccc mu www
β
UC UW
1u11 ucº90 Rodetes rápidos
1u11 ucº90 Rodetes normales
1u11 ucº90 Rodetes lentos
¡¡Cuidado con la definición de los ángulos!!
Rodete (II)Componentes (IV):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
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β1 < 90
C W
U
UC UW
β1 = 90
C W
U β1 > 90
C W
U
1u1 UC 1u1 UC 1u1 UC
Rodete Normal Rodete LentoRodete Rápido
D1
D2 21 DD
ns 50 a 100
D1
D2
21 DD
ns 300 a 500
D2
21 DD
ns 125 a 200
D1
Rodete (III)Componentes (IV):
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El Triángulo de Velocidades para una turbina Francis es:
UC UW
C1
U1
W1
β1
1
C22
β2
wuc
Distribuidor
U2W2
1 viene determinado por el distribuidor
β1 y β2 vienen determinados por el álabe
U1U1
11 C1C1
U1
Rodete (IV)Componentes (IV):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
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El Triángulo de Velocidades para una turbina Francis es:
UC UW
C1
U1
W1
β1
1
C22
β2
wuc
U2W2
Rodete (IV)Componentes (IV):
Si se abre el distribuidor, 1 aumenta (1´)
• la velocidad de giro se debe mantener
• 1 se mantiene (tangente al álabe del rodete)
• se abre el paso del caudal
• la velocidad de entrada del agua aumenta
• la altura disminuye
m1m1 c´c
Q`Q
11 u´u
α1 aumentaβ1 se mantienec1u disminuyec1m aumenta
U1´
W1C1
U1
1
β1
W1´C1´
β1´
1´
11 H´H
Al abrir el distribuidor
C1u da presión
C1m da caudal
C1u
C1m
C1m´
C1u´
11´
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Consiste en una conducción, recta ó acodada, troncocónica que une laturbina propiamente dicha con el canal de desagüe
Adquiere más importancia con ns altos
Turbina Eje VerticalTurbina Eje Horizontal
Codo
Tubo de Aspiración
Tubo de Aspiración (I)Componentes (V):
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Sus funciones son:
• Aprovechar la altura de salto disponible entre la salida del rodete y elnivel de aguas abajo
• Recuperar al máximo posible la energía cinética residual a la salidadel rodete (c2)
La energía cinética residual a la salida del rodete es despreciable en turbinas
lentas. Sin embargo, en turbinas Francis rápidas representa del orden del30% del salto neto mientras que en las turbinas Kaplan extrarrápidas superael 60%
Tubo de Aspiración (II)Componentes (V):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
21
Sus funciones son:
• Aprovechar la altura de salto disponible entre la salida del rodete y elnivel de aguas abajo
• Recuperar al máximo posible la energía cinética residual a la salidadel rodete (c2)
La energía cinética residual a la salida del rodete es despreciable en turbinas
lentas. Sin embargo, en turbinas Francis rápidas representa del orden del30% del salto neto mientras que en las turbinas Kaplan extrarrápidas superael 60%
vacio p2
patm
Tubo de Aspiración (II)Componentes (V):
p2 = patm
p2
Hs
2
p3 = patm
c1, p1, z1
c2, patm, z2
c2, p2, z2
c1, p1, z1
Nivel en el canal de desagüe
c´2
c2
2
1 1Turbina
Caso A(sin tubo)
Caso B(con tubo)
3
Turbina
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
22
Aplicando Bernoulli entre la entrada y la salida de ambas turbinas seobtiene la energía aprovechada en cada caso (HT. A y HT.B):
LossA21A.T hHHH
.a.t.LT.L3atm
11
21
.a.t.LT.L33
23
11
21
hhzg
pz
g
p
g2
c
hhzg
p
g2
cz
g
p
g2
c
.T.L2atm
22
11
21 hz
g
p
g2
cz
g
p
g2
c
LossB31B.T hHHH
energía perdidaen la Turbina
energía perdida en el tubo de aspiración
salsal
2sal
LossTurbinaentent
2ent z
g
p
g2
chHz
g
p
g2
c
energía perdidaen la TurbinaA
B
Tubo de Aspiración (III)Componentes (V):
p2 = patm
p2
Hs
2
p3 = patm
c1, p1, z1
c2, patm, z2
c1, p1, z1
Nivel en el canal de desagüec´2
c2
2
1 1
A B3
c2, p2, z2
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
23
La ganancia de energía al instalar el tubo de aspiración es:
A.TB.T HHH .a.t.LT.L3
atm1
121
B.T hhzg
pz
g
p
g2
cH
T.L2atm
22
11
21
A.T hzg
p
g2
cz
g
p
g2
cH
H
.a.t.L3
atm2
atm22 hz
g
pz
g
p
g2
c
.a.t.L32
22 hzzg2
c
.a.t.Ls
22 hHg2
c
Recupera energía dela velocidad de salida
Recupera energíade la cota
Tubo de Aspiración (IV)Componentes (V):
p2 = patm
p2
Hs
2
p3 = patm
c1, p1, z1
c2, patm, z2
c1, p1, z1
Nivel en el canal de desagüec´2
c2
2
1 1
A B3
c2, p2, z2
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
24
En el tubo de aspiración se producen dos tipos de pérdidas:
• Por fricción en tuboEl tubo se diseña de modo que sean lo más reducidas posibles
• Por descarga del tubo en el canalEl tubo troncocónico tiene menor velocidad de salida
De este modo la energía recuperada en el tubo de aspiración es:
.t.s.L.a.t.F.Ls
22 hhHg2
cH
g2
ch
2.t.s
.t.s.L
.a.t.F.Ls
2.t.s
22 hH
g2
ccH
.a.t.F.Lh
.a.t.Lh
Tubo de Aspiración (V)Componentes (V):
p2 = patm
p2
Hs
2
p3 = patm
c1, p1, z1
c2, patm, z2
c1, p1, z1
Nivel en el canal de desagüec´2
c2
2
1 1
A B3
c2, p2, z2
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
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Aplicando Bernoulli entre la entrada y la salida de la T.B se puede calcularla nueva presión en pto 2:
33
23
.t.s.L.a.t.F.L22
22 z
g
p
g2
chhz
g
p
g2
c
3.t.s.L.a.t.F.L22
22 zhhz
g
p
g2
c
.t.s.L.a.t.F.L2
22
32 hhz
g2
cz
g
p
.t.s.L.a.t.F.L
22
232 hh
g2
czz
g
p
.t.s.L.a.t.F.L
22
s2 hh
g2
cH
p
p2 es negativavacio
Expresado en presión relativa
g2
ch
2.t.s
.t.s.L
.a.t.F.L
2.t.s
22
s2 h
g2
ccH
p
Tubo de Aspiración (VI)Componentes (V):
p2 = patm
p2
Hs
2
p3 = patm
c1, p1, z1
c2, patm, z2
c1, p1, z1
Nivel en el canal de desagüec´2
c2
2
1 1
A B3
c2, p2, z2
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
26
Se define el rendimiento del difusor como:
g2cc
hg2cc
2.t.s
22
a.t.F.L
2.t.s
22
d
sd
2.a.t.s
22 H
g2
ccH
Entonces, la ganancia de salto netogenerada por el tubo se expresa como:
Lo que pone de manifiesto la doble función del tubo de aspiración:
• Aprovechar la altura entre la salida del rodete y el nivel de aguas abajo (Hs)
• Recuperar al máximo posible la energía cinética residual a la salida del rodete (c2)
.a.t.F.Ls
2.t.s
22 hH
g2
ccH
Tubo de Aspiración (VII)Componentes (V):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
27
El tubo de aspiración se diseña para que cs.t.a. sea pequeña
Las experiencias de Rogers y Moody demuestran que para conseguir unbuen funcionamiento y evitar problemas de cavitación la presión a lasalida del rodete no debe ser inferior a un mínimo.
Rogers y Moody proponen las siguientes funciones que relacionan dichosvalores:
aHg
pnf
n
2s1
2
2n
22
s2 Hg2
cnf
Consideraciones Prácticas (I)
Tubo de Aspiración (VIII)Componentes (V):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
28
La función f1(ns) viene representada en las siguientes curvas:
g
ns
0,01
100 200 600 1.000400 800
0,2
0,6
1,0
1,4
0,02
0,04
0,06
0,08
Hnp
)n(f 2s1
Hnp
)n(f 2s1
Francis Hélice
Considerando coeficiente de seguridad de 2 m
Consideraciones Prácticas (II)
Tubo de Aspiración (VIII)Componentes (V):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
29
La función f2(ns) viene representada en la siguiente curva:
ns100 200 600400 800
10%
Hng2
c)n(f
22
s2
Francis Hélice
50
20%
40%
30%
Considerando coeficiente de seguridad de 2 m
gConsideraciones Prácticas (III)
Tubo de Aspiración (VIII)Componentes (V):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
30
La presión a la salida del rodete puede llegar a descender de manerapeligrosa, favoreciendo el fenómeno de la CAVITACIÓN
sd
22atm2 Hg2
c
g
p
g
p
Puede suceder debido a:
La solución más económica no consiste en construir una turbina en lacual se excluya totalmente la cavitación
En la práctica se construyen turbinas en las cuales se llega a produciruna cavitación “controlada”. Esto producirá un cierto desgaste en losálabes, pero sin que llegue a afectar de manera inaceptable alrendimiento de la máquina
Esto se ha de tener presente a la hora de planificar el mantenimiento delas centrales hidroeléctricas
• Velocidad excesiva a la salida del rodete
• Altura de aspiración excesiva
Expresado en presión absoluta
Tubo de Aspiración (IX)Componentes (V):
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
31
La sucesiva transformación de la energía se efectúa del modo siguiente:
• La energía potencial gravitatoria del agua embalsada se convierte,salvo pérdidas, una parte en energía de presión y otra parte encinética a su llegada a la turbina
• En el distribuidor la altura de presión disminuye a costa de aumentarla altura cinética, aunque esta conversión no es tan completa como enel caso de las turbinas de acción
• La entrada de agua en el rodete se realiza de forma prácticamenteradial, incidiendo sobre los álabes y cediendo a éstos la mayor parteposible de su energía
• En consecuencia, la presión disminuye notablemente y también lavelocidad del agua a la salida del rodete. El tubo de aspiración permiteaprovechar la energía disponible en el flujo de salida
Funcionamiento de una T. Francis
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
32
La sucesiva transformación de la energía se efectúa del modo siguiente:
• La energía potencial gravitatoria del agua embalsada se convierte,salvo pérdidas, una parte en energía de presión y otra parte encinética a su llegada a la turbina
• En el distribuidor la altura de presión disminuye a costa de aumentarla altura cinética, aunque esta conversión no es tan completa como enel caso de las turbinas de acción
• La entrada de agua en el rodete se realiza de forma prácticamenteradial, incidiendo sobre los álabes y cediendo a éstos la mayor parteposible de su energía
• En consecuencia, la presión disminuye notablemente y también lavelocidad del agua a la salida del rodete. El tubo de aspiración permiteaprovechar la energía disponible en el flujo de salida
Distribuidor
Tubería forzada
Rodete
0
1
2
E
pabs = 0 patm
1 bar
Tubo deaspiración
p1 > patm
Con T. asp.p2 < patm
S
Pasa a Ecinética
Ecinética y Epresión Eeje
En el nivel libre
Funcionamiento de una T. Francis
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
33
La sucesiva transformación de la energía se efectúa del modo siguiente:
• La energía potencial gravitatoria del agua embalsada se convierte,salvo pérdidas, una parte en energía de presión y otra parte encinética a su llegada a la turbina
• En el distribuidor la altura de presión disminuye a costa de aumentarla altura cinética, aunque esta conversión no es tan completa como enel caso de las turbinas de acción
• La entrada de agua en el rodete se realiza de forma prácticamenteradial, incidiendo sobre los álabes y cediendo a éstos la mayor parteposible de su energía
• En consecuencia, la presión disminuye notablemente y también lavelocidad del agua a la salida del rodete. El tubo de aspiración permiteaprovechar la energía disponible en el flujo de salida
Funcionamiento de una T. Francis
Distribuidor
Tubería forzada
Rodete
0
1
2
E
pabs = 0 patm
1 bar
Sin tubo deaspiración
p1 > patm
Sin T. asp.p2 = patm
S
Pasa a Ecinética
Ecinética y Epresión Eeje
En el nivel libre
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
34
Teniendo en cuenta los coeficiente óptimos de velocidad, se obtiene unaexpresión del número específico de revoluciones en función de lascaracterísticas de la turbina
11nm111m1 bDHg2kbDcQ 11nm1 bDHk91,13Q
113nm1
n bDHk1855,0735
HQPot 11
3nm1 bDHk5,185Pot
60
nDHg2u 1
n11
n1
1 HD
55,84n
1
1m11s D
bk150.1n
45
n
113nm1n
1
1
H
bDHk5,185HD
55,84
4/5
2/1
sPot
Potnn
Parámetros de Diseño (I)
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
35
2
1
b1/D1
k22
1
Pelton (1 iny.)
Pelton (varios iny.)
Francis Hélice
ns50 100 200 500 800
6030
0,1
0,5
1,0
1,5
2,0 Dimensionamiento de rodetesFrancis y HéliceParámetros de
Diseño (II)
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
36
ns50 100 200 300
33º32º31º30º27º16º 20º 24º
10º
30º α1
ns50 100 200 300
0,0
0,2
φ1
φ2
D2/D1
0,6
1,0
1,4
Dimensionamiento de distribuidorpara turbinas FrancisParámetros de
Diseño (III)
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
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Una turbina Francis de eje vertical tiene: diámetros de entrada y salida del rodete45 y 30 cm; ancho del rodete a la entrada y salida de 5 y 7 cm; los álabes ocupanun 8% del área a la entrada del rodete, en la salida están afilados; ángulo de salidadel distribuidor 24º; ángulo de entrada y salida a los álabes del rodete 85º y 30º; laspérdidas hidráulicas en la turbina son de 6 m.c.a.; velocidad de entrada en laturbina 2 m/s; altura geométrica 54 m; rendimientos mecánico y volumétrico 94% y100%; no hay tubo de aspiración
Calcular:
• r.p.m
• Alturas neta y útil
• Rendimientos hidráulico y total
• Caudal
• Potencias interna y al freno
BLOQUE 1: Máquinas de Fluidos Incompresibles 1.3.- Turbinas Hidráulicas1.3.3.- Turbinas Francis
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Una turbina Francis funciona con un caudal de 11 m3/s a 500 rpm bajo unsalto neto de 256 m. Si su ηVol = 1, determinar:• ns, ηman ,el grado de reacción, D1 y D2
• La altura del tubo de aspiración si su rendimiento es el 85%