Turbina de Francis

1. Turbina de Francis Rosa Deyanira Guerrero Ramírez 12300704 Roberto Alexis Estrada Mendoza 12300643 Pablo Eduardo Santillán López 12300940 Luis Emilio Hernández Torres 12300731 Luis Manuel Valdéz López 12300961 4°E-2 T/M 21 de Mayo del 2014

2. Introducción: Se introducirá el tema, explicando un poco de historia sobre las turbinas y la turbina de Francis; también explicaremos sus partes, cómo funciona y se hará conocer su capacidad y uso en la industria. Continuaremos con la forma en que pueden ser instaladas y para finalizar sus ventajas y desventajas según sus características físicas de funcionamiento.

3. Antecedentes: Las turbinas hidráulicas como la de vapor eran bien conocidas antes de los comienzos del siglo XX. A principios de este siglo sólo había dos tipos de turbina hidráulica realmente importantes: la turbina de reacción de Francis, de flujo centrípeto, y la rueda de Pelton o turbina de acción.

4. Antecedentes: La turbina de Francis funciona completamente sumergida, el agua procede de una serie de inyectores periféricos se dirige hacia los álabes sujetos al eje vertical giratorio. La potencia del chorro es proporcional a la altura del agua por encima de la instalación.

5. Antecedentes: En 1903, la empresa Canadian Niagara Power Company tenía una serie de turbinas Francis dobles, que funcionaban bajo un salto de agua de 40 m; generaban 10.000 cv a 250 revoluciones por minuto. En 1923, se habían instalado en Niágara turbinas Francis de 70.000 cv. El proyecto de embalse Grand Coulee, en el río Columbia, cuya primera fase entró en funcionamiento en 1941, incluía unidades de 115.000 cv que trabajan bajo un salto de 148 m.

6. Desarrollo del tema: La turbina Francis pertenece al grupo de las turbinas de reacción. Con éstas se produce la transformación de la energía de presión del agua en energía cinética en el distribuidor y en la rueda. El agua es alimentada al distribuidor a través de una caja espiral. El agua que fluye se acelera en el distribuidor mediante los álabes directores ajustables y se desvía en los álabes del rodete. A través de la desviación y aceleración ulterior del agua en la rueda se produce un impulso, que se transmite al rodete.

7. Desarrollo del tema: Principio de funcionamiento de la turbina Francis: Tubo en forma de espiral Álabe director Rodete con álabes Flujo. Izquierda: posición de los álabes directores 0, ningún caudal de agua, potencia de la turbina 0; Derecha: posición de los álabes directores 20, caudal de agua máx., potencia máx. de la turbina

8. Desarrollo del tema: Principio de funcionamiento de la turbina Francis:

9. Desarrollo del tema: Partes básicas de una turbina Francis: Balanza de muelle Manómetro Entrada de agua Salida de agua, Rodete Álabes directores Ajuste de los álabes directores Ajuste del freno de cinta

10. Desarrollo del tema: Partes básicas de la turbina de Francis:

11. Desarrollo del tema: Son conocidas como turbinas de sobrepresión por ser variable la presión en las zonas del rodete, o de admisión. También se conocen como turbinas radiales-axiales y turbinas de reacción.●Aplicaciones: ○Se emplean en saltos de pequeña altura (alrededor de 50 metros y menores), con caudales medios y grandes (aproximadamente de 15 m3/s en adelante).

12. Desarrollo del tema: ○Debido a su diseño, permiten desarrollar elevadas velocidades específicas, obteniéndose buenos rendimientos, incluso dentro de extensos límites de variación de caudal. ○ Normalmente se instalan con el eje en posición vertical, pero también prestan para ser colocadas de forma horizontal o inclinada. Como se puede ver en la siguiente imagen:

13. Desarrollo del tema:

14. Desarrollo del tema: Ventajas: Su diseño hidrodinámico permite bajas pérdidas hidráulicas, por lo cual se garantiza un alto rendimiento. Su diseño es robusto, de tal modo se obtienen décadas de uso bajo un costo de mantenimiento menor con respecto a otras turbinas.

15. Desarrollo del tema: Junto a sus pequeñas dimensiones, con lo cual la turbina puede ser instalada en espacios con limitaciones físicas, también permiten altas velocidades de giro. Junto a la tecnología y a nuevos materiales, las nuevas turbinas requieren cada vez menos mantenimiento.

16. Desarrollo del tema: Desventajas: No es recomendado para altura mayores de 80m, por las presiones existentes en los sellos de la turbina. Hay que controlar el comportamiento de la cavitación.

17. Desarrollo del tema: No es la mejor opción para utilizar frente a grandes variaciones de caudal, por lo que se debe tratar de mantener un flujo de caudal constante previsto, antes de la instalación

18. Conclusión. La turbina de Francis, ha evolucionado a través del tiempo siendo de las turbinas más usadas, ésta turbina es amigable al usar agua pues tiene un diseño hidrodinámico y es eficiente a pesar de su tamaño robusto; sus partes principales son el tubo en forma de espiral, los álabes directores y el tubo con álabes; su diseño ha cambiado conforme a los requisitos de funcionamiento y control del mismo.

19. Conclusión. Son conocidas como turbinas de sobrepresión, radiales-axiales y también como turbinas de reacción. Se emplean en saltos de pequeña altura y pueden trabajar con caudales de grandes variaciones y pueden generar altas velocidades específicas.

20. Referencias Bibliográficas. 1.- G.U.N.T. Gerätebau GmbH. (2005). Operating Principle of a Francis Turbine. Recuperado el día 07/04/2014, de G.U.N.T. Gerätebau GmbH Sitio web: http://www.gunt.de/static/s4572_1.php?p1=&p2=&pN= 2.- Trevor I. Williams (1988). Historia de la tecnología desde 1900 hasta 1950. Madrid. Siglo XXI de España editores s.a.

21. Referencias bibliográficas. 3.- Turbina Francis. S.A (2012) Turbinas de Reacción. Recuperado el día 7/04/2014, de Buenas Tareas, sitio web: http://www.buenastareas.com/ensayos/Turbinas-De-Reaccion/3539996.html 4.- Turbinas Francis. Juan David Zuluaga Salazar. (2009). Recuperado el día 7 de abril del 2014 sitio web: http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/maquinashidraulicas/turbina_francis/turbina_francis.html