Collaudo di una turbina Francis

Collaudo di una turbina Francis

Questa turbina, del tipo a reazione, viene impiegata per salti molto bassi, inferiori ai 200 m. Il distributore è formato da due corone circolari fra le quali sono disposte le pale direttrici. Ciascuna pala, costituita da superfici cilindriche a generatrici parallele all'asse, è mobile attorno a un asse che collega i due anelli delimitanti il distributore e funge da distanziatore. La sezione d'efflusso del fluido è regolabile mediante un cerchio mobile che, facendo ruotare tutte le pale direttrici di uno stesso angolo, permette di variare la portata della turbina. Le pale della girante sono superfici incurvate; l'acqua arriva dal distributore sul contorno della ruota e fuoriesce in direzione assiale. Una turbina Francis, che funziona con iniezione totale e con la girante immersa nell'acqua, sfrutta integralmente il salto, mentre la turbina Pelton, la cui girante gira all'aria libera, può recuperare soltanto parzialmente questa frazione del salto mediante la idropneumatizzazione. A parità di potenza e di salto, una turbina Francis può girare più rapidamente di una turbina Pelton, e pertanto costituisce un complesso più economico. Se è di piccola potenza, la sua girante è stretta e i suoi condotti hanno una modesta sezione, con conseguente pericolo di ostruzione. Nella turbina Francis le acque cariche di sabbia possono provocare usure e notevoli perdite, mentre nella turbina Pelton tutta l'acqua passa nella ruota anche se l'iniettore è corroso.

L'impianto

L'impianto è formato da una vasca dalla quale prelevano l'acqua due pompe centrifughe collegate in parallelo. L'acqua è mandata in una tubatura dove è applicata una valvola pneumatica che regola la portata che va nel distributore della turbina Francis.

• Strumenti utilizzati

All'interno dell'impianto sono presenti due strumenti di misura:

un VENTURIMETRO a quadrante ditta BOSCO (Torino) posizionato dopo le due pompe per misurare la portata d'acqua diretta verso la turbina;

un MANOMETRO graduato da 0 a 50 Kg/cm² ditta SACMA n° 63-C-46 per misurare la pressione prima dell'ingresso del distributore.

Un terzo strumento è stato utilizzato manualmente per misurare il numero di giri dell'albero: si tratta di un CONTAGIRI JAQUET con sensibilità di 20 giri e rilevazione massima 1000 giri.

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Dati della turbina

Leggendo sulla targhetta della turbina abbiamo rilevato le seguenti caratteristiche:

• Turbina tipo Francis
• N° matricola: 4507
• Anno di costruzione: 1960
• Salto motore (H): 17,5 m
• Portata: 30 l/s
• Velocità di regime: 1200 g/min
• Potenza resa: 3,9 KW

Descrizione dell'esperienza

Lo scopo di quest'esperienza è quello di determinare la potenza resa all'albero per poi ricavarne il rendimento della turbina e verificarne le condizioni realmente scritte sulla targhetta applicata alla turbina.Per fare ciò, dovremo mantenere costante il numero di giri dell'albero, andando ad aumentare sempre più la portata. Per mantenere costante il numero di giri dobbiamo, ogni volta che aumenterà la portata, aumentare il peso sul freno della turbina, in modo da equilibrare la forza motrice con quella resistente.

Il freno utilizzato è di tipo PRONY con distanza tra disco del freno e punto di applicazione dei pesi di 0.98 m.

Il dislivello tra manometro e ingresso dell'acqua nella turbina (h) è fisso ed è pari a 1,5 m.

• Tabella delle misurazioni effettuate

I valori dell'altezza H che abbiamo rilevato sul manometro, sono

stati moltiplicati per 10 in quanto la lettura del manometro

stesso dava valori in Kg/cm².

Anche i valori della portata Q sono stati moltiplicati per 10, non per motivi di unità di misura, perché costante di moltiplica del venturimetro a quadrante.

La portata idraulica è stata calcolata in questo modo:

dove

La potenza erogata è stata calcolata in questo modo:

Infine il rendimento della turbina:

• Grafico della portata in funzione del rendimento

Il grafico, per via teorica dovrebbe darci una retta orizzontale ma, da come possiamo notare , nel nostro caso non è così in quanto all'interno del sistema possono esservi dei fattori che influiscano negativamente sul risultato di questa prova.

• Grafico della portata in funzione della potenza erogata.

Anche stavolta, della retta inclinata che teoricamente dovrebbe risultare, n'è una retta inclinata ma spezzata in più punti, causa appunto di quei fattori che influiscono negativamente sul risultato della prova.