TURBINA DE
TURBINA DE V
VAPOR
APOR
La turbina de vapor es una máquina de fluido en la que la energía de éste pasa al eje La turbina de vapor es una máquina de fluido en la que la energía de éste pasa al eje de la máquina saliendo el fluido de ésta con menor cantidad de energía. La energía de la máquina saliendo el fluido de ésta con menor cantidad de energía. La energía mecánica del eje procede en la parte de la energía mecánica que tenía la corriente y mecánica del eje procede en la parte de la energía mecánica que tenía la corriente y por otra de la energía térmica disponible transformada en parte en mecánica por por otra de la energía térmica disponible transformada en parte en mecánica por expansión. Esta expansión es posible por
expansión. Esta expansión es posible por la variación del volumen específico del la variación del volumen específico del fluidofluido que evoluciona en la máquina.
que evoluciona en la máquina.
El trabajo disponible en la turbina es igual a la diferencia de entalpia entre el vapor de El trabajo disponible en la turbina es igual a la diferencia de entalpia entre el vapor de entrada a la turbina y el de salida. El hecho de la utiliación del vapor como fluido de entrada a la turbina y el de salida. El hecho de la utiliación del vapor como fluido de trabajo se debe a la elevada energía disponible por unidad de !g de fluido de trabajo. trabajo se debe a la elevada energía disponible por unidad de !g de fluido de trabajo. Este ratio en el caso del agua es tres veces mayor que en el caso del aire de forma Este ratio en el caso del agua es tres veces mayor que en el caso del aire de forma para dos turbinas" una de vapor y
para dos turbinas" una de vapor y otra de gas con otra de gas con la misma potencia de salida se tienela misma potencia de salida se tiene que el gasto másico de la t
que el gasto másico de la turbina de vapor es tres veces menor que el urbina de vapor es tres veces menor que el de la turbina dede la turbina de gas. #ada la gran diferencia que se debe obtener entre la presión de entrada y de gas. #ada la gran diferencia que se debe obtener entre la presión de entrada y de sal
salida ida de de la la turturbibina na es es nenecescesariario o proproducducir ir estesta a expexpansansióión n en en didististintantas s etaetapapas"s" escalonamientos" con el fin de obtener un mejor rendimiento de la operación. $i sólo escalonamientos" con el fin de obtener un mejor rendimiento de la operación. $i sólo se realiase la expansión en una etapa las grandes deflexiones a que tendría que se realiase la expansión en una etapa las grandes deflexiones a que tendría que esta
estar r somesometido el tido el fluifluido do provprovocarocarían ían pérdpérdidas inaceptaidas inaceptablesbles. . Las Las pérdpérdidas en idas en unauna turbina de n escalones no son iguales a la suma de
turbina de n escalones no son iguales a la suma de las pérdidas de n turbinas sino quelas pérdidas de n turbinas sino que son menores" ya que los escalones de
son menores" ya que los escalones de la turbina son capaces de recuperar parte de lala turbina son capaces de recuperar parte de la ene
energírgía a degdegradradadada a en en el el antanterierior or escescalóalón n parpara a gengeneraerar r eneenergírgía a mecmecánánicaica. . $in$in emb
embargargo o a a medmedida ida quque e auaumenmenta ta el el n%n%memero ro de de escescalalonaonamiemientontos s la la máqmáquinuina a sese encarece" por lo que hay
encarece" por lo que hay que buscar un buen compromiso entre rendimiento y costes.que buscar un buen compromiso entre rendimiento y costes. Elementos de una turbina de vapor
Elementos de una turbina de vapor
Los elementos principales de una turbina de vapor son& Los elementos principales de una turbina de vapor son& • Rotor.
• Rotor. Es el elemento móvil del sistema. La energía desprendida por el vapor en la Es el elemento móvil del sistema. La energía desprendida por el vapor en la turbina se convierte en energía mecánica en este elemento. #ado que la turbina está turbina se convierte en energía mecánica en este elemento. #ado que la turbina está dividida en un cierto n%mero de escalonamientos" el rotor está compuesto por una dividida en un cierto n%mero de escalonamientos" el rotor está compuesto por una serie de coronas de alabes" uno por cada escalonamiento de la turbina. Los alabes se serie de coronas de alabes" uno por cada escalonamiento de la turbina. Los alabes se encuentran unidos solidariamente al eje de la turbina moviéndose con él.
•
Estator. El estator está constituido por la propia carcasa de la turbina. 'l igual que el rotor" el estator está formado por una serie de coronas de alabes" correspondiendo cada una a una etapa o escalonamiento de la turbina
•
Toberas. El vapor es alimentado a la turbina a través de estos elementos. $u labor es conseguir una correcta distribución del vapor entrante(saliente al(desde el interior de la turbina.
TIPOS DE TURBINA DE VAPOR
TURBINA RATEAU salto de presi!n"
La Rateau es una turbina de acción del segundo grupo; el salto total de presión está dividido en varios saltos menores, cada uno de los cuales está utilizado por acción.
En este tipo de turbina, cada etapa está compuesta por un grupo de alabes fijos que actúan como toberas, es decir permiten una cada de presión ! por lo tanto un incremento de la energa cin"tica del vapor ! a continuación un grupo de alabes móviles que reciben la energa del vapor que sale de los alabes fijos transformándola en trabajo al árbol; todos los rotores están acoplados al mismo árbol. Estas turbinas pueden tener varias etapas #entre $ ! %$& ! normalmente el vapor cubre la totalidad #'()*& de los alabes móviles #admisión total& ! utilizan generalmente en su primera etapa una de velocidad, que puede ser de tipo Laval o +urtis. En estas turbinas el r"gimen de rotación es menor que en las turbinas Laval o +urtis, lo cual permite lograr una ma!or vida de la misma, su
inconveniente es que el árbol debe ser robusto, debido a su gran longitud. u nombre se debe a su inventor.
-al como a sido descrita "sta turbina sera como tener varias turbinas Laval, una a continuación de la otra.
La turbina +urtis es una turbina de acción tal vez, que aproveca el salto total de presión del vapor, subdividi"ndolo en dos por lo menos ó cuatro á lo más, menores utilizados por acción, pero con ruedas que giran á una velocidad relativamente baja; de modo que cada grupo comprende dos ó tres ruedas en serie, destinadas á absorber completamente la fuerza viva del vapor que se e/pansiona sólo en el primer distribuidor del grupo. El número de grupos ! de ruedas de cada grupo dependen, en un mismo salto de presión, de la potencia de la turbina ! de la velocidad perif"rica de las ruedas. 0na turbina +urtis está constituida por varios compartimentos estancos, sistema multicelular, formando cada compartimento un elemento integrado por un diafragma con toberas ! una rueda +urtis con dos o tres
paletas de coronas fijas a ella ! entre las cuales van una o dos coronas de paletas fijas al estator. La caida de presión se realiza en tantos saltos como elementos compongan la turbina ! la velocidad que proporciona cada salto de presión se utiliza en dos o tres etapas, tantas como coronas de paletas tenga la rueda, no siendo en general ventajoso emplear más de tres saltos de velocidad, debido al sucesivo aumento del tama1o de las paletas ! las p"rdidas por ventilación.
TURBINA %AVA%
La primera turbina de acción fue fabricada en )**+ por el ingeniero sueco #e Laval La turbina de acción de una etapa es descendiente directa de las turbomáquinas hidráulicas" en particular de la turbina ,elton. En su forma más sencilla consiste en una o más toberas -convergentes si son subsónicas" convergentedivergentes si son supersónicas/ y una rueda de paletas.
$i el n%mero de toberas es elevado" se las forma con una rueda de álabes fijos
&UN#IONA'IENTO DE %A TURBINA DE %AVA%(
El cambio de entalpía tiene lugar en la tobera" acompa0ado de una caída de presión estática y aumento de velocidad absoluta 1. En la rueda móvil la presión y la densidad -volumen específico v/ permanecen constantes" y la velocidad absoluta disminuye. El cambio en dirección y magnitud de la velocidad absoluta causa la aparición de una fuera en la paleta móvil" que origina el torque y la potencia entregada por la turbina.
Apli$a$iones de la turbina de vapor
Las turbinas de vapor tienen muchas aplicaciones gracias a su versatilidad. 2nicialmente sirvieron como motores de embarcaciones que requerían mucha potencia. El primer barco con turbina de vapor fue el 3urbinia de ,arsons" botado en )*45. En la industria" las turbinas de vapor se utilian sobre todo en compresores y bombas" si bien la apli$a$i!n m)s importante tiene *ue ver $on la +enera$i!n de ener+,a el-$tri$a. $e estima que las turbinas de vapor intervienen en el 657 de la energía eléctrica producida en el mundo. $e usan tanto en las centrales térmicas -carbón" gas" biomasa" etc./ como en las centrales nucleares.
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