TURBINA FRANCISCONCEPTO 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. 1 Primitiva turbina Francis 2 3 TURBINA FRANCIS 4 TURBINAS FRANCIS CARACTERISTICAS 5 . TURBINAS FRANCIS CARACTERISTICAS 6 . 7 . 8 . 9 . 10 . 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 . 12 . 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 . 22 . 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 . 26 . 27 . 28 . 29 . 30 . 31 . 32 . 33 . • 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 . 36 . CAVITACION EN TURBINAS FRANCIS 37 . 38 . 39 . 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.