La turbina Francis es una turbina hidráulica de reacción de flujo mixto que funciona de manera eficiente para alturas medias. Transforma la energía hidráulica en energía mecánica mediante el paso de agua a través de su rotor, lo que hace girar un eje para generar electricidad. Requiere mantenimiento periódico para asegurar un funcionamiento óptimo a largo plazo.

1. Área
Mecánica
Turbo Maquinas
INTEGRANTES:
Luciano Acuña Acuña.
José Jara Lobos.
Daniel Vergara Quezada.
CARRERA:
Ingeniería Mecánica en Mantenimiento
Industrial
DOCENTE:
José Viveros Fuentes.
FECHA: 20/09/2016.

2. Podemos decir que una turbina hidráulica
es una turbo máquina que transforma la
energía hidráulica, en energía mecánica,
todo esto aportado por un fluido
incompresible, generalmente agua, que es
conducida por una denominada tubería
forzada.
En una turbina, el fluido al atravesar la
maquina cede el rotor, el cual es órgano
principal y además móvil; parte de su
energía, es aprovechada en el eje solidario
así mismo se va obteniéndose la energía
mecánica. Esta energía es transformada
posteriormente en energía eléctrica
mediante un alternador.
Tras esto como objetivo, escogimos un tipo
de turbina llamada “Turbina Francis”, y
expondremos todo lo asociado a ella.

3.  Kaplan
 Pelton
 Francis
 Michell Banki
Clasificación de Acuerdo al Diseño del
Rodete

4. Clasificación de Acuerdo al Cambio de Presión en el
Rodete
 Turbinas de acción: Son aquellas en las que el fluido
de trabajo no sufre un cambio de presión
importante en su paso a través de rodete.
 Turbinas de reacción: Son aquellas en las que
el fluido de trabajo si sufre un cambio de presión
importante en su paso a través de rodete.

5. 1)Pelton 2) Francis 3) Kaplan 4) tubular

7. Las turbinas hidráulicas han sido usadas históricamente para
accionar diversos tipos de molinos, aunque eran bastante
ineficientes. En el siglo XIX las mejoras logradas en las turbinas
hidráulicas permitieron que, allí donde se disponía de un salto de
agua, pudiesen competir con la máquina de vapor.
En 1826, el ingeniero francés Benoît Fourneyron desarrolló una
turbina de flujo externo de alta eficiencia (80%). El agua era
dirigida tangencialmente a través del rodete de la turbina
provocando su giro. Alrededor de 1820 Jean Victor Poncelet diseñó
una turbina de flujo interno que usaba los mismos principios, y S.
B. Howd obtuvo en 1838 una patente en los EE.UU. para un diseño
similar.

8. En 1848 fue mejorada notablemente por James B. Francis. Se
trata de una turbina de reacción de flujo interno que combina
conceptos tanto de flujo radial como de flujo axial.
Desarrolló una turbina con el 90% de eficiencia. Aplicó principios
y métodos de prueba científicos para producir la turbina más
eficiente elaborada hasta la fecha. Más importante, sus métodos
matemáticos y gráficos de cálculo mejoraron el estado del arte
en lo referente al diseño e ingeniería de turbinas. Sus métodos
analíticos permitieron diseños seguros de turbinas de alta
eficiencia.

9. Turbo máquina de tipo a reacción y de flujo mixto. 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.
Es un motor hidráulico de reacción, que se emplea para caudales
y alturas medias
Son conocidas como turbinas de sobrepresión por ser variable la
presión en las zonas del rodete, o de admisión total ya que éste
se encuentra sometido a la influencia directa del agua en toda su
periferia.

10. Clasificación
 Turbina Francis lenta – salto de gran altura
200 metros o más.
 Turbina Francis rápida – salto de altura
media 200 y 20 metros.
 Turbina Francis extra rápida – alturas
menores de 20 metros.

13. Son muy costosas de diseñar, fabricar e instalar, pero
pueden funcionar durante décadas.
Además de para la producción de electricidad, pueden
usarse para el bombeo y almacenamiento hidroeléctrico,
donde un embalse superior se llena mediante la turbina
(en este caso funcionando como bomba) durante los
períodos de baja demanda eléctrica, y luego se usa como
turbina para generar energía durante los períodos de alta
demanda eléctrica.

14.  Predictivo: Termografía, tintas penetrantes,
Análisis de vibraciones.
 Preventivo: Pautas de mantenciones periódicas,
Historial de mantención, Paradas programadas.
Este tipo de turbinas es el que está más sujeto a
los efectos perjudiciales que produce la arena.
Las revisiones periódicas necesarias dependen de la
altura del salto y de las cualidades del agua.

15. La revisión se extenderá a los siguientes puntos:
 Juego existente entre el rodete y el distribuidor.
 Estado de los laberintos circulares, de los álabes móviles,
del codo de aspiración y de la envolvente‡.
 Estado de los anillos de protección del distribuidor y de la
superficie de los álabes distribuidores.
Cuando trabajan con saltos elevados, pueden vibrar
anormalmente en ciertas condiciones de carga que se
remedian en las formas siguientes:
 Comprobar si la rueda está bien centrada en el distribuidor
 Comprobar el acoplamiento del generador.
 Comprobar la eficacia del dispositivo de entrada de aire en
el tubo de aspiración.
 Verificar el juego del soporte.
 Comprobación de la dilatación longitudinal del eje.

16. La turbina Francis de eje horizontal presenta las siguientes ventajas
Separación completa de la turbina y el generador.
1. Disposición ventajosa de la sala de máquinas ya que la turbina y el generador están
situados al mismo nivel.
2. Fácil montaje.
3. Facilidad de reparaciones en la turbina y en el generador.
4. Costo reducido de la turbina y el generador.
La turbina Francis de eje vertical presenta los siguientes inconvenientes
1. La turbina y el generador ya no son completamente independientes puesto que ambas
máquinas han de estar soportadas por un cojinete axial común.
2. Al estar superpuestas la turbina y el generador, se precisa construir una sala de
máquinas de, por lo menos, dos plantas.
3. El montaje es más difícil.
4. Los dispositivos de engrase (sobre todo del cojinete axial) son más complicados.
5. El costo es superior en aproximadamente, un 20 % a igualdad las demás condiciones.

17. Una turbina hidráulica tipo Francis, trabaja a una
altura de 180 mts, el Angulo del alabe en la entrada
del rotor es de 90° y su diámetro es de 4,10 mts, la
velocidad absoluta en la entrada, es de 10 m/s y su
caudal, 150 m3/s. Su eficiencia es de un 90%.
Velocidad Tangencial
U1= 2,94√ℎ U1=Velocidad Tangencial
U1= 2,94 180 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 = 39,44𝑚/𝑠

18. Succión de Aspiración
𝑄
𝑣
= 𝐴𝑟𝑒𝑎
150 𝑚3/𝑠
17 𝑚/𝑠
= 8,82 𝑚2

19. Sección tubo de aspiración
S.T.A.=
4×𝐴𝑟𝑒𝑎
𝜋
S.T.A.=
4×8,82 𝑚2
𝜋
= 5,61 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠

20. Calculo de RPM
60 × 𝑈1
𝐷 × 𝜋
= 𝑅𝑃𝑀
60 × 39,44 𝑚/𝑠
2,85 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 × 𝜋
= 264,29 𝑅𝑃𝑀

21. Potencia
P=
𝛾 ×𝑄 ×𝐻 × 𝑛
76
= 𝐻𝑃
P=
1000 ×150
𝑚
3
𝑠
×180𝑚 ×0,90
76
= 319736,8 𝐻𝑃
319736,8 𝐻𝑃
𝑥 𝐾𝑊
=
0,7457 𝐾𝑊
1 𝐻𝑃
= 238427,69 KW

22. N° especifico de revoluciones en caudal
Ns=
𝑁 × √𝑃
𝐻
5
4
Ns=
264,29 × √319736,8 𝐻𝑃
180 𝑚
5
4
= 664,19 RPM

23. Hoy en día, la tecnología y eficiencia de los
equipos va aumentando y por lo tanto muchos
equipos van quedando obsoletos o siendo
dejado de lados, sin embargo el
aprovechamiento de las energías limpias va
tomando vital importancia, por lo cual el uso de
esta turbo maquina en la actualidad es amplia.

24.  www2.ing.puc.cl/~power/alumno98/equipos/Image5.gif
 www.mma.es/docs/conservnat/naturalia/naturalia_hispanica/Peces/obrash
idraulicas/CAP05_3.html
 Colaboración del Ingeniero Guillermo Eusse, Recursos Hidráulicos, Planta
de tratamiento de aguas Villa Hermosa.
 STREETER. Víctor L. Mecánica de Fluidos. MC Graw Hill. 2000.
 http://cipres.cec.uchile.cl/~gvillarr/francis.html#5
 www.eeppm.com
 www.isagen.com.co
 http://www.iaf.es/enciclopedia/averly/turbinas.htm