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TURBINA FRANCIS

CONCEPTO

La turbina Francis fue desarrollada por James B. 

Francis. Se trata de una turbo máquina motora a 
reacción y de flujo mixto.
Las turbinas Francis son turbinas hidráulicas que se 
pueden diseñar para un amplio rango de saltos y 
caudales, siendo capaces de operar en rangos de 
desnivel 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 ampliamente usado 
en el mundo, principalmente para la producción de 
energía eléctrica en centrales hidroeléctricas.
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Primitiva turbina Francis

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TURBINA FRANCIS

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TURBINAS FRANCIS CARACTERISTICAS 5 .

TURBINAS FRANCIS CARACTERISTICAS 6 .

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De acuerdo al numero especifico las turbinas francis se  encuentran : 60 < ns < 400 Y de acuerdo a este rango se pueden clasificar en:  Lentas: 60 < ns < 150 Medias: 150 < ns < 250 11 Rápidas 250 < n < 400 .

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COMPONENTES DE UNA TURBINA FRANCIS 13 .

siendo esta última la más utilizada. La forma en espiral o caracol se debe a que la velocidad media del fluido debe permanecer constante en cada punto de la misma. La sección transversal de la misma puede ser rectangular o circular.CAMARA ESPIRAL  Tiene como función distribuir uniformemente el fluido en la entrada del rodete. 14 .

CAMARA ESPIRAL 15 .

CAMARA ESPIRAL 16 PRE DISTRIBUIDOR .

VISTAS DE LA CAJA ESPIRAL Y EL PREDISTRIBUIDOR 17 .

modificando de esta forma la potencia de la turbina de manera que se ajuste en lo posible a las variaciones de carga de la red eléctrica. cuya misión es dirigir convenientemente el agua hacia los álabes del rodete (fijos) y regular el caudal admitido.Esta constituido por álabes móviles DISTRIBUIDOR directores. Este recibe el nombre de distribuidor Fink 18 . a la vez de direccionar el fluido para mejorar el rendimiento de la máquina.

DISTRIBUIDOR 19 .

DISTRIBUIDOR 20 .

DISTRIBUIDOR 21 POSICIONES DE LOS ALABES DIRECTRICES .

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Principio de funcionamiento • El agua a presión va a una cámara espiral en forma de caracol. Estos álabes móviles pueden girar alrededor de un eje paralelo al eje de la máquina. permitiendo un rendimiento elevado incluso con cargas reducidas. cuya misión es repartir el caudal por toda la periferia del rodete  Una serie de álabes fijos se encargan correctamente las líneas de flujo del agua de canalizar  Entre esta hilera de álabes fijos y el rodete se encuentra una segunda fila de álabes móviles o palas directrices que constituyen lo que se denomina el anillo distribuidor  El distribuidor permite regular el caudal de la turbina sin que las venas líquidas sufran desviaciones bruscas o contracciones. y el movimiento de cierre es simultáneo para todos ellos 23 .

de tal modo se obtienen décadas de uso bajo un costo de mantenimiento menor con respecto a otras turbinas. también permiten altas velocidades de giro.  Junto a la tecnología y a nuevos materiales. con lo cual la turbina puede ser instalada en espacios con limitaciones físicas. las nuevas turbinas requieren cada vez menos mantenimiento.  Su diseño es robusto. por lo cual se garantiza un alto rendimiento. 24 .Ventajas y desventajas  Ventajas de la turbina Francis o también llamada VGR  Su diseño hidrodinámico permite bajas perdidas hidráulicas.  Junto a sus pequeñas dimensiones.

No es la mejor opción para utilizar frente a grandes variaciones de caudal debido a que el rendimiento cae al disminuir el caudal de diseño.Ventajas y desventajas Desventajas No es recomendado para alturas mayores de 800 m. Hay que controlar el comportamiento de la cavitación. por lo que se debe tratar de mantener un flujo de caudal constante previsto. antes de la instalación. por las presiones existentes en los sellos de la turbina. 25 .

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• No es la mejor opción para utilizar frente a grandes variaciones de caudal. • Separación completa de la turbina y el generador. antes de la instalación. por las presiones existentes en los sellos de la turbina.  • Facilidad de reparaciones en la turbina y en el 34 generador.  • Disposición ventajosa de la sala de máquinas ya que la turbina y el generador están situados al mismo nivel.DESVENTAJAS • No es recomendado para altura mayores de 800 pies. • Hay que controlar el comportamiento de la cavitación.  • Fácil montaje. por lo que se debe EJE tratarLA deTURBINA mantenerFRANCIS un flujo DE de caudal constante HORIZONTAL previsto.  .

Margen de Funcionamiento 35 .

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CAVITACION EN TURBINAS FRANCIS 37 .

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TURBINAS FRANCIS USADAS EN LA CENTRALES HIDROELECTRICAS DEL PERU   40 .

HIDROELECTRICAS QUE GENERAN MAS POTENCIA EN EL PERU   41 .

La caída neta de esta central es de 26. su caudal de diseño es de  7. Cuenta con dos generadores fabricados por.8 y velocidad de rotación de  600 RPM.85 m y se encuentra a 2 527.17  msnm.  Actualmente se encuentra en reserva por estar en funcionamiento la  Mini Central de Charcani I. con una potencia  nominal de 1000 y 472 Kw.47 MW. ambos generadores operan  con factor de  potencia de 0. con una potencia instalada de 1.TURBINAS FRANCIS EN AREQUIPA CHARCANI I Esta Central Hidroeléctrica es la más antigua y data de 1905. Consta  de dos turbinas Francis de eje horizontal. 42 .6 m3/s.

  La caída neta de esta central es de 57.50 m.25 kV en Charcani I. una de marca.  sus velocidades de rotación son de 620 RPM El caudal de diseño total es de 10 m3/s con una potencia instalada de  4.CHARCANI III Consta de dos turbinas Francis doble.  II  y  III  es  transmitida a una barra de 5..  para  ser  transmitida  a  la  subestación  de  Chilina  que  está  conectada  con  el  Sistema Interconectado Nacional 43 .56 MW. de eje horizontal. La  energía  producida  por  las  Centrales  Charcani  I. Esta central fue  repotenciada en el año 1998 con dos generadores ABB asíncronos. luego elevada a 33  kV  mediante  un  transformador  de  potencia  de  11.5  MVA.

 y tiene una potencia instalada de 14 400 kW. con una potencia nominal de 4 800 kW cada uno. con  un caudal nominal de 15 m3/s.8  y  una  velocidad de 720 rpm.  un  factor  de  potencia  de  0. para una  tensión  nominal  de  5  250    V.35 m. fabricadas  por CHARMILLES.CHARCANI IV Consta de tres grupos de turbinas Francis de eje horizontal. Esta  central  fue  repotenciada  en  el  año  1993  con  tres  generadores  marca BBC. 44 . La caída neta es de 117.

8  y  velocidad  de  rotación  de  514  rpm.CHARCANI VI Puesta  en  servicio  en  1976. 45 .  Esta  central  fue  modernizada  en  el  año  1995  cambiando sus reguladores de velocidad a sistemas electrónicos. Su  generador  opera  con  un  factor  de  potencia  de  0.96 MW.  La caída neta de esta central es de 69 m.  su  caudal  de  diseño  es  de  15  m3/s.  Consta  de  una  turbina  Francis  de  eje  horizontal.  con  una  potencia  instalada de 8.