Turbina de vapor

Turbina de vapor
Rotor de una turbina de vapor producida por Siemens, Alemania.

Una turbina de vapor es una turbomáquina motora, que transforma la energía de un flujo de vapor en energía mecánica a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo (entiéndase el vapor) y el rodete, órgano principal de la turbina, que cuenta con palas o álabes los cuales tienen una forma particular para poder realizar el intercambio energético. Las turbinas de vapor están presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluido que pueda cambiar de fase, entre éstos el más importante es el Ciclo Rankine, el cual genera el vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de elevada temperatura y presión. En la turbina se transforma la energía interna del vapor en energía mecánica que, típicamente, es aprovechada por un generador para producir electricidad. En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estátor. El rotor está formado por ruedas de álabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la turbina. El estátor también está formado por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina.

El término turbina de vapor es muy utilizado para referirse a una máquina motora la cual cuenta con un conjuntos de turbinas para transformar la energía del vapor, también al conjunto del rodete y los álabes directores.

Contenido

Clasificación

Existen las turbinas de vapor en una gran variedad de tamaños, desde unidades de 1 HP (0.75 kW) usadas para accionar bombas, compresores y otro equipo accionado por flecha, hasta turbinas de 2,000,000 HP (1,500,000 kW) utilizadas para generar electricidad. Hay diversas clasificaciones para las turbinas de vapor modernas, y por ser turbomáquinas son susceptibles a los mismos criterios de clasificación de éstas. Por otro lado, es común clasificarlas de acuerdo a su grado de reacción:

  • Turbinas de Acción: El cambio o salto entálpico o expansión es realizada en los álabes directores o las toberas de inyección si se trata de la primera etapa de un conjunto de turbinas, estos elementos están sujetos al estator. En el paso del vapor por el rotor la presión se mantendrá constante y habrá una reducción de la velocidad.
  • Turbinas de Reacción: La expansión, es decir, el salto entálpico del vapor puede realizarse tanto en el rotor como en el estator, cuando este salto ocurre únicamente en el rotor la turbina se conoce como de reacción pura.

Principio de Funcionamiento

La ecuación general de las turbomáquinas fue hallada por Euler y su demostración se encuentra en el artículo de turbomáquinas. La forma para el trabajo por unidad de masa que atraviesa el rotor de las turbomáquinas motoras axiales es:

L=u[c_1\cos(\alpha_1)-c_2\cos(\alpha_2)]\,

Donde u es conocida como velocidad periférica y es la velocidad lineal del rotor, c1 y c2 son las velocidades absolutas del fluido de trabajo antes y después de pasar por el rotor respectivamente, α1 y α2 son los ángulos entre la velocidad absoluta y la velocidad periférica antes y después de pasar por el rotor. Si introducimos el concepto de velocidad relativa \vec{w}, que es la velocidad del fluido respecto al rodete, y definimos el ángulo β como aquél que existe entre la velocidad periférica y \vec{w} podemos reescribir la ecuación anterior, por propiedades del triangulo como:

L=\frac{{c_1}^2-{c_2}^2}{2}+\frac{{w_2}^2-{w_1}^2}{2}

Ahora escribamos la primera ley de la termodinámica para un balance de energía del fluido de trabajo en su paso por el rotor, suponiendo a éste un proceso adiabático:

L=\Delta h + \frac{{c_1}^2}{2} - \frac{{c_2}^2}{2}

Recuerdese que consideramos que L es definido positivo.

\frac{{c_1}^2-{c_2}^2}{2}+\frac{{w_2}^2-{w_1}^2}{2}=\Delta h + \frac{{c_1}^2}{2} - \frac{{c_2}^2}{2}

Encontramos así que el cambio entálpico es igual al cambio de los cuadrados de la velocidad relativa:

\Delta h = \frac{{w_2}^2-{w_1}^2}{2}

Abastecimiento de Vapor y Condiciones de Escape

Estas categorías incluyen turbinas condensadoras, no condensadoras, de recalentamiento, extracción e inducción.

Las turbinas de No condensación o de contrapresión son más ampliamente usadas para aplicaciones de vapor en procesos. La presión de salida es controlada por una válvula reguladora para satisfacer las necesidades de presión en el vapor del proceso. Se encuentran comúnmente en refinerías, plantas de papel y pulpa y en instalaciones de desalinización, donde se dispone de grandes cantidades de vapor de proceso a baja presión.

Las turbinas condensadoras se encuentran comúnmente en plantas de potencia eléctrica. Estas turbinas expelen vapor en estado parcialmente saturado, generalmente con calidad mayor al 90%, a una presión bastante inferior a la atmosférica hacia un condensador.

Las turbinas de recalentamiento también son usadas casi exclusivamente en plantas de potencia eléctrica. En una turbina de recalentamiento, el flujo de vapor sale de una sección a alta presión de la turbina y es regresado a la caldera donde se le vuelve a sobrecalentar. El vapor entonces regresa a una sección de presión intermedia de la turbina y continúa su expansión.

Las turbinas de extracción se encuentran en todo tipo de aplicaciones. En una turbina de extracción, el vapor es liberado en diversas etapas y aprovechado en distintos procesos industriales, también puede ser enviado a calentadores de agua para mejorar la eficiencia del ciclo.

Véase también

Enlaces externos


Wikimedia foundation. 2010.

Игры ⚽ Нужен реферат?

Mira otros diccionarios:

  • Turbina de vapor — ► locución TECNOLOGÍA La que utiliza la energía de un volumen dado de vapor de agua calentado previamente a presión. * * * Una turbina de vapor es una turbomáquina que transforma la energía de un flujo de vapor de agua en energía mecánica. Este… …   Enciclopedia Universal

  • Turbina — de vapor de Siemens AG. Turbina es el nombre genérico que se da a la mayoría de las turbomáquinas motoras. Éstas son máquinas de fluido, a través de las cuales pasa un fluido en forma continua y éste le entrega su energía a través de un rodete… …   Wikipedia Español

  • turbina — (Del lat. turbo, ĭnis, remolino). 1. f. Rueda hidráulica, con paletas curvas colocadas en su periferia, que recibe el agua por el centro y la despide en dirección tangente a la circunferencia, con lo cual aprovecha la mayor parte posible de la… …   Diccionario de la lengua española

  • Turbina — (Del fr. turbine, lat. turbo, inis.) ► sustantivo femenino 1 TECNOLOGÍA Máquina en la que se aprovecha la energía de un fluido propulsor que hace girar una rueda. FRASEOLOGÍA turbina de vapor TECNOLOGÍA La que utiliza la energía de un volumen… …   Enciclopedia Universal

  • Turbina de gas — Esquema de un ciclo Brayton. C representa al compresor, B al quemador y T a la turbina …   Wikipedia Español

  • turbina — (f) (Intermedio) tipo de motor que produce energía utilizando la fuerza de algunos elementos de la naturaleza Ejemplos: Uno de los prototipos de las turbinas modernas fue el molino de viento. En nuestro laboratorio utilizamos la turbina de agua.… …   Español Extremo Basic and Intermediate

  • Turbina de viento — Saltar a navegación, búsqueda Una turbina de viento o turbina eólica es un mecanismo que transforma la energía del viento en otra forma de energía útil como mecánica o eléctrica. La energía cinética del viento es transformada en energía mecánica… …   Wikipedia Español

  • turbina — s. f. 1.  [Mecânica] Motor composto por uma roda móvel sobre a qual é aplicada a energia de um fluido motor (água, vapor, gás, etc.). 2. O que movimenta ou dinamiza algo …   Dicionário da Língua Portuguesa

  • Turbina Francis — Rodete de una turbina Francis Primitiva turbi …   Wikipedia Español

  • Turbina eólica — Una turbina eólica o turbina de viento es una turbina accionada por la energía eólica. Se trata de una turbomáquina motora que intercambia cantidad de movimiento con el viento, haciendo girar un rotor. La energía mecánica del eje del rotor puede… …   Wikipedia Español

Compartir el artículo y extractos

Link directo
… Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”