TURBINA FRANCISCONCEPTOLaturbina Francisfue desarrollada por James B. Francis. Se trata de una turbo mquinamotora a reaccin y de flujo mixto.Las turbinas Francis son turbinas hidrulicasque se pueden disear 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 ms ampliamente usado en el mundo, principalmente para laproduccin de energa elctricaen centrales hidroelctricas.

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Primitiva turbina Francis*

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TURBINA FRANCIS*

TURBINAS FRANCISCARACTERISTICAS*

TURBINAS FRANCISCARACTERISTICAS*

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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

Rpidas 250 < ns < 400

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*COMPONENTES DE UNA TURBINA FRANCIS

CAMARA ESPIRALTiene como funcin distribuir uniformemente el fluido en la entrada del rodete. La forma en espiral ocaracolse debe a que la velocidad media del fluido debe permanecer constante en cada punto de la misma. La seccin transversal de la misma puede ser rectangular o circular, siendo esta ltima la ms utilizada.*

*CAMARA ESPIRAL

*CAMARA ESPIRALPRE DISTRIBUIDOR

*VISTAS DE LA CAJA ESPIRAL Y EL PREDISTRIBUIDOR

DISTRIBUIDOR

Esta constituido porlabesmviles directores, cuya misin es dirigir convenientemente el agua hacia los labes delrodete(fijos) y regular el caudal admitido, 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 elctrica, a la vez de direccionar el fluido para mejorar el rendimiento de la mquina. Este recibe el nombre dedistribuidor Fink*

*DISTRIBUIDOR

*DISTRIBUIDOR

*DISTRIBUIDORPOSICIONES DE LOS ALABES DIRECTRICES

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Principio de funcionamiento* El agua a presin va a una cmara espiral en forma de caracol, cuya misin es repartir el caudal por toda la periferia del rodete

Una serie de labes fijos se encargan de canalizar correctamente las lneas de flujo del agua

Entre esta hilera de labes fijos y el rodete se encuentra una segunda fila de labes mviles 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 lquidas sufran desviaciones bruscas o contracciones, permitiendo un rendimiento elevado incluso con cargas reducidas. Estos labes mviles pueden girar alrededor de un eje paralelo al eje de la mquina, y el movimiento de cierre es simultneo para todos ellos

Ventajas y desventajas

Ventajas de la turbina Francis o tambin llamada VGRSu diseo hidrodinmicopermite bajas perdidas hidrulicas, por lo cual se garantiza un alto rendimiento.Su diseo es robusto, de tal modo se obtienen dcadas de uso bajo un costo de mantenimiento menor con respecto a otras turbinas.Junto a sus pequeas dimensiones, con lo cual la turbina puede ser instalada en espacios con limitaciones fsicas, tambin permiten altas velocidades de giro.Junto a la tecnologa y a nuevos materiales, las nuevas turbinas requieren cada vez menos mantenimiento.

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Ventajas y desventajas

DesventajasNo es recomendado para alturas mayores de 800 m, por las presiones existentes en los sellos de la turbina.Hay que controlar el comportamiento de lacavitacin.No es la mejor opcin para utilizar frente a grandes variaciones decaudaldebido a que el rendimiento cae al disminuir el caudal de diseo, por lo que se debe tratar de mantener un flujo de caudal constante previsto, antes de la instalacin.

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*No es recomendado para altura mayores de 800 pies, por las presiones existentes en los sellos de la turbina.Hay que controlar el comportamiento de la cavitacin.No es la mejor opcin 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 instalacin.DESVENTAJAS Separacin completa de la turbina y el generador.Disposicin ventajosa de la sala de mquinas ya que la turbina y el generador estn situados al mismo nivel.Fcil montaje.Facilidad de reparaciones en la turbina y en el generador.Costo reducido de la turbina y el generador.LA TURBINA FRANCIS DE EJE HORIZONTAL

*Margen de Funcionamiento

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*CAVITACION EN TURBINAS FRANCIS

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*TURBINAS FRANCIS USADAS EN LA CENTRALES HIDROELECTRICAS DEL PERU

*HIDROELECTRICAS QUE GENERAN MAS POTENCIA EN EL PERU

*TURBINAS FRANCIS EN AREQUIPA

CHARCANI IEsta Central Hidroelctrica es la ms antigua y data de 1905. Consta de dos turbinas Francis de eje horizontal, su caudal de diseo es de 7,6 m3/s, con una potencia instalada de 1,47 MW. Actualmente se encuentra en reserva por estar en funcionamiento la Mini Central de Charcani I.La cada neta de esta central es de 26,85 m y se encuentra a 2 527,17 msnm. Cuenta con dos generadores fabricados por, con una potencia nominal de 1000 y 472 Kw, ambos generadores operancon factor de potencia de 0,8 y velocidad de rotacin de 600 RPM.

*CHARCANI IIIConsta de dos turbinas Francis doble, de eje horizontal, una de marca, sus velocidades de rotacin son de 620 RPMEl caudal de diseo total es de 10 m3/s con una potencia instalada de 4,56 MW.La cada neta de esta central es de 57,50 m. Esta central fue repotenciada en el ao 1998 con dos generadores ABB asncronos..La energa producida por las Centrales Charcani I, II y III es transmitida a una barra de 5,25 kV en Charcani I, luego elevada a 33 kV mediante un transformador de potencia de 11,5 MVA, para ser transmitida a la subestacin de Chilina que est conectada con el Sistema Interconectado Nacional

*CHARCANI IVConsta de tres grupos de turbinas Francis de eje horizontal, fabricadas por CHARMILLES, y tiene una potencia instalada de14 400 kW, con un caudal nominal de 15 m3/s. La cada neta es de 117,35 m.Esta central fue repotenciada en el ao 1993 con tres generadores marca BBC, con una potencia nominal de 4 800 kW cada uno, para una tensin nominal de 5 250 V, un factor de potencia de 0,8 y una velocidad de 720 rpm.

*CHARCANI VIPuesta en servicio en 1976. Consta de una turbina Francis de eje horizontal, su caudal de diseo es de 15 m3/s, con una potencia instalada de 8,96 MW.La cada neta de esta central es de 69 m.Su generador opera con un factor de potencia de 0,8 y velocidad de rotacin de 514 rpm. Esta central fue modernizada en el ao 1995 cambiando sus reguladores de velocidad a sistemas electrnicos.