La turbina Francis fue desarrollada por el ingeniero angloamericano James Bicheno Francis (18 de mayo de 1815 Southleigh, Devon, Inglaterra - 18 de septiembre de 1892 Lowell, Massachusetts, Estados Unidos). La primera turbina se instaló en 1848 en la planta hidroeléctrica Pawtucket Gatehouse en Lowell, Massachusetts, Estados Unidos. En la década de 1860, esta turbina comenzó a suplantar la rueda hidráulica. En 1918 este tipo de turbina se utilizó en la central eléctrica de Vernes en Livet-et-Gavet en Francia, considerada actualmente monumento histórico.
Es un tipo de turbomáquina hidráulica motora a reacción, esto quiere decir que el elemento de rotación llamado rodete (color rojo) está directamente sometido al fluido y dentro de una caja en forma de espiral. Esta caja permite transformar la energía producida por la diferencia de presión generada por el fluido en energía cinética, además conduce al fluido hacia el conjunto de paletas regulables que conforman el distribuidor (color amarillo) y mediante el movimiento de estas es posible ajustar el caudal que va a ingresar al rodete y producirá la rotación de este mientras se expulsa el fluido hacia afuera para que retorne al exterior. A su vez, el rodete transmite la energía de rotación al eje acoplado del generador para producir energía eléctrica. Por lo antes dicho, la turbina Francis es un tipo de turbina de flujo radial y admisión total, es decir, el fluido ingresa en dirección al radio desde la periferia y luego es dirigido hacia la salida y expulsado al exterior en dirección axial o paralela al eje del rodete.
Las turbinas Francis se pueden diseñar para operar en un amplio rango de caudales y de desniveles que van desde los dos metros hasta varios cientos de metros de altura y con cientos de metros cúbicos por segundo (m3/s). Esto, junto con su alta eficiencia de conversión, entre el 90% y 94%, ha permitido que sea la más ampliamente utilizada en el mundo, principalmente para la producción de energía eléctrica en centrales hidroeléctricas.
En la provincia de Córdoba las centrales hidroeléctricas que se mencionan a continuación utilizan turbinas Francis:
- La Viña: Se encuentra en la localidad de Quebrada Los Pozos, departamento San Javier, sobre el río Los Sauces. Su actividad inició el 28 de febrero de 1958. Cuenta con dos turbinas tipo Francis.
- La Calera: Ubicada en la ciudad homónima del departamento Colón, en el río Suquía (Primero), comenzó a funcionar en 1911. Está equipada con cuatro turbinas tipo Francis Horizontal.
- Cruz del Eje: Construida sobre el río Quilpo, se levanta a 5 km de la ciudad de Cruz del Eje. Fue inaugurada en 1958, tiene dos turbinas tipo Francis Horizontal.
- Los Molinos: Son dos centrales que funcionan sobre el río Xanaes, a la altura de José de la Quintana, departamento Santa María. La primera está activa desde 1957, cuenta con cuatro turbinas tipo Francis.
- San Roque: También sobre el río Suquía (Primero) y en la localidad que lleva su mismo nombre, esta central abrió sus puertas el 19 de agosto de 1959. Actualmente, funcionan cuatro turbinas tipo Francis.
- Fitz Simón: Sobre el río Ctalamochita (Tercero), a la altura de la localidad de Embalse, funciona desde 1943, aunque fue instalada siete años antes. Está equipada con tres turbinas tipo Francis.
- Cassafousth: También en Embalse, su inicio de actividades fue en el año 1953. Tiene tres turbinas tipo Francis.
- Reolín: Sobre el río Ctalamochita (Tercero), en la localidad de Embalse, entró en actividad en 1966. Dispone de tres turbinas tipo Francis.
- Río Grande: Es la mayor central hidroeléctrica de generación y bombeo de América del Sur. Su rasgo distintivo es la capacidad de bombear agua desde un embalse inferior hacia uno superior, para luego generar energía. Consta de 4 grupos de turbinas/bombas reversibles de tipo Francis.
Partes de la turbina Francis:
- Boca de ingreso de fluido hacia la caja espiral
- Permite el ingreso del fluido desde el exterior a la caja espiral.
- Caja espiral
- Tiene como función distribuir uniformemente el fluido en la entrada del rodete y transformar la energía de presión del fluido en energía cinética.
- Distribuidor (color amarillo)
- Constituido por un conjunto de paletas o álabes móviles directores cuya misión es dirigir convenientemente el flujo hacia los álabes fijos del rodete y también regular el caudal hacia el mismo.
- Rodete (color rojo)
- Es el órgano principal de la turbina, aquí es donde se produce la transformación de la energía producida por el fluido en energía mecánica de rotación para mover al eje acoplado del generador.
- Tubo o tobera de salida del fluido
- Una vez que el fluido pasó por el rodete, éste es dirigido hacia el exterior para regresar al entorno.
En la imagen de la izquierda se puede observar, en color amarillo, el distribuidor del modelo de turbina expuesto en el museo. Y en la imagen de derecha en color rojo está el rodete.
