REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA
NÚCLEO BARINAS
INGº PEDRO MATHEUS
DINÁMICA DE GASES
JOSÉ FALCÓN
MARCOS SUTA
DARWIN GONZÁLEZ
CARLOS GONZÁLEZ
7MO SEMESTRE
SECCIÓN “B”
1
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
BARINAS, ÍNDICE
JULIO DE 2010
INTRODUCCIÓN
3
CAPÍTULO I
 RESEÑA HISTÓRICA
4
5
 TÉRMINOS BÁSICOS
6
CAPÍTULO II
 INFORMACIÓN TÉCNICA OPERACIONAL
 CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE OPERACIÓN
8
9
9
CARACTERÍSTICAS TERMODINÁMICAS
9
CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS
11
 TIPOS DE ETAPAS
11
CURTIS
11
RATEAU
13
 CARACTERÍSTICAS DE ÁLABES
13
 TRIÁNGULO DE VELOCIDADES
16
 RENDIMIENTOS, VENTAJAS Y DESVENTAJAS
18
 PROBLEMAS OPERACIONALES COMUNES
20
CAPÍTULO III
 INVERSIÓN
23
24
USOS
24
MARCAS
24
CONCLUSIONES
26
2
BIBLIOGRAFÍA
27
INTRODUCCIÓN
La turbina es un motor rotativo que convierte en energía
mecánica la energía de una corriente de agua, vapor de gas o
gas. El elemento básico de la turbina es la rueda o rotor,
que
cuenta
con
álabes
colocados
alrededor
de
su
circunferencia, de tal forma que el fluido en movimiento
produce una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hace
girar. Esta energía mecánica se transfiere a través de un eje
para proporcionar el movimiento de una maquina, un compresor,
un generador eléctrico o una hélice.
Una turbina de vapor es una turbomáquina que transforma la
energía de un flujo de vapor en energía mecánica. Este vapor
se genera en una caldera, de la que 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.
El Éxito obtenido con las turbinas de agua condujo a utilizar
el principio de la turbina para extraer energía del vapor de
agua. Mientras que la maquina a vapor utiliza la presión del
vapor, la turbina consigue mejores rendimientos al utilizar
también la energía cinética de este. La turbina puede ser más
pequeña, más ligera y más barata que una maquina de vapor de
vaivén de la misma potencia, y puede ser de un tamaño mucho
mayor que las maquinas de vapor convencionales.
Desde el punto de vista de la mecánica, tiene
producir directamente un movimiento giratorio
de una manivela o algún otro medio de convertir
vaivén en energía rotatoria. Como resultado
turbina de vapor a remplazado a las maquinas de
centrales generadoras de energía eléctrica,
utiliza como una forma de propulsión a chorro.
3
la ventaja de
sin necesidad
la energía de
de ello, la
vaivén en las
y también se
CAPÍTULO I
4
RESEÑA HISTÓRICA
La historia de las turbomáquinas o máquinas de fluido es muy
antigua, remontándose a la antigua Persia y China, donde se
usaron molinos de viento. Las norias, utilizadas para elevar
agua, han formado parte habitual del paisaje europeo durante
siglos, así como los molinos de agua y de viento, formando
ambos parte sustancial del entramado social e industrial,
hasta la revolución de la máquina de vapor.
La
máquina
de
vapor,
de
émbolos,
fue
dejando
paso
progresivamente a la turbina de vapor en grandes tamaños,
mientras que cedió su lugar a los motores alternativos en los
pequeños.
Las
primeras
aplicaciones
de
turbinas
de
vapor
con
repercusión industrial son de mediados del siglo XIX, aunque
se conocían con anterioridad. Su desarrollo fue rápido, dadas
las condiciones favorables del flujo en ellas y las no muy
altas solicitaciones térmicas por la temperatura moderada del
vapor, por pocos cientos de grados centígrados. También
favoreció su fácil y exitoso desarrollo el hecho de la
compresión en un ciclo de vapor se realiza con agua, lo cual
requiere poca potencia y puede obtenerse fácilmente.
La turbina de gas tuvo que esperar a que se desarrollaran
compresores de la suficiente eficiencia para permitir que la
diferencia entre la potencia consumida por este elemento y la
obtenida por la turbina asociada, diese un remanente de
potencia útil. Esto ocurrió hasta finales de la década de
1930. No obstante, la fuerte motivación que supuso el interés
en el desarrollo de turborreactor provocó un rápido progreso
hasta nuestros días.
La turbina de vapor permitió el desarrollo de las grades
centrales eléctricas, pues posibilitó que se alcanzasen
eficiencias y tamaños mayores que con la máquina de vapor de
émbolo y con mayor sencillez. Actualmente se siguen empleando
de forma casi exclusiva en grandes tamaños, coexistiendo con
las turbinas de gas en tamaños medios y con el motor Diesel
en los pequeños tamaños. Su ciclo de trabajo es el Rankine,
cuya eficiencia energética puede ser elevada, pero la
5
temperatura y presión del vapor soportables limitan la
eficiencia práctica del ciclo. Como máximo se trabaja con
temperaturas de vapor entre 500 y 600 ºC y presiones entre
150 y 200 bar. La eficiencia media de una central térmica
eléctrica
roda
30%
o
valores
ligeramente
superiores,
raramente superior al 65%, contabilizando como producto la
potencia eléctrica. Actualmente se consideran eficiencias que
llegan al 40%, para grandes tamaños y con la tecnología
contemporánea sofisticada.
TÉRMINOS BÁSICOS
Turbina de vapor, es un dispositivo diseñado para extraer
energía de un fluido que fluye a través de ella y
transformarla en potencia útil. En esta, las partículas de
flujo que salen a gran velocidad de la tobera sufren un
cambio en la dirección de movimiento, generando una variación
en el momentum y por lo tanto una fuerza
Turbinas de impulso, también conocidas como turbinas de
acción, aprovechan la energía cinética del fluido (vapor o
gases calientes a alta presión) para producir trabajo.
Dependiendo de su diseño las turbinas de impulso constan de
una o varias etapas, y cada una de ellas está constituida por
un rotor y un estator.
Etapas, es la pareja conformada por un conjunto de toberas o
álabes fijos y un conjunto de álabes móviles.
Tobera, es un ducto con área de sección transversal
uniformemente variable en el cual se acelera un flujo de
vapor o gas, transformando su energía potencial manifestada
en alta temperatura y presión en energía cinética.
Estator, esta conformado por un conjunto de álabes y toberas
que están estáticas en el sistema y generalmente están unidos
al cuerpo o carcasa de la máquina.
Rotor, es el conjunto de álabes móviles que forman parte de
una turbina. Dependiendo de la configuración de la máquina
varios rotores pueden estar acoplados a un mismo eje.
6
Álabes directores, son álabes fijos al estator, por los
cuales pasa el fluido de trabajo antes o después de pasar al
rotor a realizar el intercambio energético
Álabes móviles, son álabes que pueden llegar a funcionar como
reguladores de flujo, abriéndose o cerrándose a manera de
válvula para regular el caudal que entra a la máquina.
La
Turbina
Curtis,
es
una
turbina
de
acción
con
escalonamientos
de
velocidad,
con
características
de
disposición vertical y un número reducido de escalonamientos
de presión, inferior a cinco, cada uno de los cuales estaba
subdividido en dos o tres escalonamientos de velocidad,
constituyendo así una turbina mixta.
La Turbina Rateau, es una turbina que está compuesta por un
grupo de alabes fijos que actúan como toberas, es decir
permiten una caída de presión y por lo tanto un incremento de
la energía cinética del vapor y a continuación un grupo de
alabes móviles que reciben la energía del vapor que sale de
los alabes fijos transformándola en trabajo al árbol; todos
los rotores están acoplados al mismo árbol.
7
CAPÍTULO II
8
INFORMACIÓN TÉCNICA OPERACIONAL
Las turbinas de vapor transforman la energía potencial de
tipo térmico, en energía mecánica. La energía potencial
térmica disponible es la diferencia de entalpías entre el
estado inicial del vapor, a la entrada de la turbina, y su
estado final, a la salida de la misma; esta diferencia de
entalpías se conoce como salto entálpico o salto térmico.
En las turbinas de vapor existen unos elementos fijos que son
las toberas y los distribuidores de álabes; si el salto
entálpico se transforma totalmente en energía cinética, la
turbina es de acción y la entalpía a la salida de la tobera
para un proceso isentrópico es igual a la entalpía final del
vapor; en estas circunstancias, en los álabes dispuestos
sobre el rotor o corona móvil, habrá únicamente una
transformación de energía cinética en mecánica, que se
produce
haciendo
seguir
al
fluido
una
determinada
trayectoria, (entre álabes), de forma que su velocidad
absoluta disminuya; cualquier cambio de magnitud o de
dirección en dicha velocidad, es debido al efecto de una
fuerza que es la acción de los álabes de la corona sobre el
fluido.
A su vez, todo cambio en la dirección o en la magnitud de la
velocidad del fluido origina un empuje sobre los álabes, de
forma que para cuando éstos van montados sobre una corona
móvil, la potencia generada es igual al producto de la
velocidad tangencial de los álabes por la componente
periférica de la fuerza.
CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE OPERACIÓN
CARACTERÍSTICAS TERMODINÁMICAS
El principio de funcionamiento de las turbinas de vapor tiene
su fundamento en el ciclo termodinámico conocido como Ciclo
Rankine, al final del cual el fluido de trabajo retorna a su
estado y composición inicial. Cuatro procesos se distinguen
en un Ciclo Rankine ideal:
9
1-2.
Proceso
de
bombeo
2-3.
Transferencia de calor al fluido
caldera a presión constante.
3-4.
Expansión
turbina.
adiabática
adiabático
y
reversible
y
de
reversible.
trabajo
del
fluido
en
en
una
la
4-5. Transferencia de calor desde el fluido de trabajo a
presión constante en el condensador.
Diagrama T-s del ciclo termodinámico de las turbinas de vapor
Si los cambios en la energía cinética y potencial (presión y
temperatura) del fluido de trabajo no son considerados, el
calor transferido y el trabajo pueden representarse por áreas
en el diagrama.
El área comprendida por los puntos a-1-2-3-b-a representa el
calor transferido al fluido de trabajo, mientras que el área
comprendida por los puntos a-1-4-b-a representa el calor
transferido desde el sistema. El trabajo neto realizado está
representado por el área comprendida por los puntos 1-2-3-4-1
y es la diferencia entre el calor transferido al fluido de
trabajo y el calor transferido desde el fluido de trabajo.
La relación entre el calor transferido al fluido de trabajo
(qa) por unidad de masa y el trabajo neto realizado (Wnet) por
unidad de masa se conoce como eficiencia térmica.
10
nter= Wnet
qa
ó
nter= qa-ql
qa
CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS
Las turbinas de vapor son turbomáquinas en las que sólo se
efectúa el proceso de expansión. El fluido de trabajo es
comúnmente el vapor de agua, por obvias razones económicas y
técnicas. En comparación con otras máquinas (alternativas
a
vapor,
de
combustión
interna)
ofrecen
una
mayor
relación potencia/tamaño.
Según el principio operativo se distinguen las turbinas de
Acción y de Reacción, tanto de una como de varias etapas. La
diferencia fundamental es que en las turbinas de acción no
hay cambio de presión en la rueda móvil, obteniéndose el
intercambio de energía por el cambio de velocidad absoluta
del fluido.
TIPOS DE ETAPAS
TURBINAS CURTIS
La
turbina
Curtis
es
una
turbina
de
acción
con
escalonamientos de velocidad, y cuando por primera vez fue
construida, presentaba como características principales una
disposición vertical y un número reducido de escalonamientos
de presión, inferior a cinco, cada uno de los cuales estaba
subdividido en dos o tres escalonamientos de velocidad,
constituyendo así una turbina mixta. La disposición vertical
ocupaba un espacio mínimo, presentando algunas ventajas desde
el punto de vista de desgaste de cojinetes, equilibrado, etc,
pero
la
disposición
actual
es
horizontal,
y
los
escalonamientos de velocidad se limitan a la primera rueda de
alta presión, ya que en las turbinas de vapor de acción de
pequeña y media potencia, como el salto entálpico asignado al
primer
escalonamiento
de
acción
resulta
excesivo,
se
sustituye por un doble escalonamiento Curtis que permite la
admisión parcial de vapor; a esta corona Curtis se la conoce
como corona de regulación, ya que en ella se verifica la
regulación cuantitativa del flujo de vapor de la turbina.
11
Estas turbinas toman la energía cinética del vapor y la usan
para impulsar dos o tres rotores acoplados a un mismo árbol;
en este montaje es necesario instalar alabes fijos en medio
de los rotores; denominando al conjunto de elementos fijos
seguido de álabes móviles, una etapa. Este diseño fue
desarrollado por el Ingeniero Curtis y por tal razón a ésta
turbina se le denomina comúnmente como turbina Curtis. La
admisión del vapor es parcial, es decir que únicamente los
alabes móviles que se encuentran en frente de las toberas
reciben vapor, los otros álabes trabajan en vacío.
12
Esquema de una
velocidad
turbina Curtis
con dos escalonamientos de
TURBINAS RATEAU
El francés Rateau construye en 1890 un tipo de turbina de
acción, tangencial, que transforma en turbina compound con
dos escalonamientos de presión.
Esquema de una turbina Rateau.
En este tipo de turbina, cada etapa está compuesta por un
grupo de alabes fijos que actúan como toberas, es decir
permiten una caída de presión y por lo tanto un incremento de
la energía cinética del vapor y a continuación un grupo de
alabes móviles que reciben la energía 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 5 y 15) y normalmente el
vapor cubre la totalidad (360°) de los alabes móviles
(admisión total) y utilizan generalmente en su primera etapa
una de velocidad, que puede ser de tipo Curtis.
En estas turbinas el régimen de rotación es menor que en la
turbina Curtis, lo cual permite lograr una mayor vida de la
misma, su inconveniente es que el árbol debe ser robusto,
debido a su gran longitud.
CARACTERÍSTICAS DE LOS ÁLABES
13
La clasificación de las secciones transversales de los álabes
de la turbina de impulso son de dos grupos: álabes de lámina
y álabes perfilados.
Como su nombre lo indica, los álabes de lámina se construyen
con una lámina de metal, generalmente, a la que se le da la
una curvatura cilíndrica de tal forma, que el ángulo de
entrada del flujo sea igual a la de salida, es decir,
.A
esta
construcción
básica
se
le
efectúan
algunas
modificaciones tales como chaflanes en ambos bordes para
reducir el impacto del flujo, pulimento de ángulos para
reducir turbulencias y extensiones en el borde de salida para
tener un mejor control en el flujo que sale del álabe.
En 4 secciones de ruedas de turbina de impulso se muestran 4 perfiles de
álabes de lámina.
Detalle de una sección de rueda de turbina
en la que se aprecia el chaflán en el borde de ataque, los ángulos
relativos de entrada y salida.
Detalle de una sección de rueda de turbina
en la que se aprecian los chaflanes en el borde de ataque y salida, los
ángulos relativos de entrada y salida, centro y radio de curvatura.
14
Detalle de una sección de rueda de turbina
en la que se aprecian los chaflanes en el borde de ataque y salida con
los ángulos redondeados.
Detalle de una sección de rueda de turbina en
la que se aprecian los chaflanes, los ángulos redondeados y las
extensiones en los bordes de salida.
El diseño del álabe perfilado, permite que la separación del
canal que forman dos álabes permanezca constante en la
trayectoria
del
flujo
previniendo
la
formación
de
turbulencias dentro del mismo; la forma más práctica de
lograr que la separación del canal sea constante, es haciendo
que los centros de curvatura que forman las paredes de los
álabes coincidan. Es necesario dejar un pequeño espesor (t) a
la entrada y a la salida del álabe para soportar los
esfuerzos del maquinado y al igual que en los álabes de
lámina, se hace un extensión del borde de salida manteniendo
constante el espesor para obtener un mejor control de flujo.
15
Secciones de álabes perfilados
Detalle de una sección de rueda de turbina en
la que se muestran los álabes perfilados, sus ángulos relativos de
entrada y salida, centros y radios de curvatura, espesor y ancho del
canal.
Detalle de una sección de rueda de turbina en
la que se muestran los álabes perfilados con el borde de salida
prolongado, sus ángulos relativos de entrada y salida, centros y radios
de curvatura, espesor y ancho de canal.
Detalle de una sección de rueda de turbina en
la que se muestran los álabes perfilados con un ángulo adicional, los
ángulos y espesores de entrada y salida.
TRIÁNGULO DE VELOCIDADES
El fluido (vapor generalmente) que entra en los álabes
móviles de impulso se ha expandido en las toberas y ha
incrementado sustancialmente su velocidad. Como la fuerza que
se genera en los álabes de una etapa de impulso se debe al
cambio en la dirección del flujo y por tanto al cambio en el
momentum del fluido, es indispensable hacer un análisis de
las velocidades a la entrada y salida del álabe.
16
Se pueden identificar tres tipos
análisis de las etapas de impulso:
de
velocidades
en
el

Velocidades absolutas de entrada y salida, Vae, Vas: Son
las velocidades del flujo con respecto a un punto
estático del sistema como el estator o la carcasa.

Velocidades relativas de entrada y salida, Vre, Vrs : Son
las velocidades del flujo con respecto a un punto
(generalmente medio) del álabe del rotor.

Velocidad del álabe, Vb: Es la velocidad lineal con la
cual se desplaza un punto (generalmente medio) del álabe
del rotor.
Vista de perfil de un álabe del rotor de una etapa de impulso
con los vectores de velocidad a la entrada y a la salida.
Los puntos de interés para el análisis son los que se
encuentran en el borde de ataque y el borde de salida de los
álabes, en los cuales la velocidad absoluta es el resultado
de la suma vectorial relativa y del álabe:
17
Vista de perfil del rotor de una
etapa de impulso. A la izquierda se muestran los vectores de
velocidades absolutas y relativas, a la entrada y a la salida
del álabe. A la derecha se muestran los triángulos que forman
estas velocidades.
La variación de las velocidades absolutas y relativas a la
entrada y salida del álabe, pueden apreciarse más fácilmente
cuando los triángulos que forman vectores de las expresiones
anteriores se superponen en el lado común que representa la
velocidad del álabe (Vb).
A la izquierda se muestran
los mismos triángulos de velocidades de la figura anterior. A
la derecha los triángulos de velocidades superpuestos en el
vector Vb.
RENDIMIENTOS, VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Las turbinas de impulso de etapa simple podían operar para la
época de su desarrollo a una velocidad máxima de 11,000 a
20,000 RPM, limitada por el diseño de componentes tales como
rodamientos y por los altos esfuerzos de tensión a los que
estaba sometido el rotor, aprovechando apenas una porción de
18
energía cinética del flujo para transformarla en trabajo
útil. Con el diseño patentado por Curtis se pudo transformar
una
mayor
cantidad
de
energía
cinética
con
menores
velocidades de rotación de los álabes.
En la etapa Curtis la transformación de energía cinética del
flujo en trabajo mecánico al eje de la turbina se produce en
dos filas de álabes móviles montados en un mismo disco de
turbina. La velocidad del vapor se reduce de (Vae(1)) a (Vas(1))
en la primera fila de álabes móviles y de (Vae(2)) a (Vas(2)) en
la segunda fila de álabes móviles. Los álabes fijos
únicamente cambian la dirección del flujo que sale de la
primera fila de álabes móviles y no contribuyen al trabajo
mecánico.
Corte de una turbina tipo Curtis en la que se puede apreciar
los dos conjuntos de álabes móviles unidos a un mismo núcleo.
Entre las dos filas de álabes móviles se aprecian los álabes
fijos.
Una de las características de las turbinas de vapor es su
alta capacidad de ingestión de fluido en comparación con
máquinas volumétricas. En las máquinas volumétricas se logra
la compresión o expansión por confinamiento de una masa
discreta de fluido, que es separada del resto y que sufre una
variación de volumen por movimientos de las paredes del
recinto.
19
Por su movimiento continuo. Las turbinas de vapor puede
fabricarse compactas y ligeras, lo cual unido a una gran
fiabilidad y suavidad de marcha, las hacen muy atractivas en
infinidad de aplicaciones.
El régimen de giro de estas turbomáquinas es muy elevado,
especialmente para las de pequeño tamaño. Esto obliga a
moverlas haciendo uso de cajas de engranajes, cuando se las
conecta a una máquina que no es rotodinámica. Las cajas de
engranajes resultan de elevado precio y originan un aumento
de peso, volumen y complejidad del conjunto y posiblemente
una reducción en la fiabilidad.
El precio de las turbinas de vapor como sistema energético
productor de potencia mecánica a partir de combustible
resulta elevado con tamaños pequeños, por la complejidad de
sus formas, a pesar de su sencillez y bajo número de piezas.
Las turbinas de vapor, como elementos industriales, se
prestan especialmente bien a la producción en masa, por su
sencillez y bajo número de piezas. Se fabrican de materiales
muy variados, que van del plástico inyectado para los
ventiladores, al plástico con fibras de vidrio, Kevlar o
carbono, pasando por diversos metales, conformados por
técnicas muy diversas, según las aplicaciones.
PROBLEMAS OPERACIONALES COMUNES.
1) PÉRDIDAS DE ENERGÍA
Debido a diferentes factores, se evidencian algunas pérdidas
internas o externas de energía en las turbinas que conllevan
a una disminución en la eficiencia total de éstas,
representadas entre otras en un incremento en la energía
térmica del fluido que se necesita para convertirla en un
trabajo mecánico útil. Además de esto, la caída real de
entalpía es menor que la calculada inicialmente para un ciclo
ideal o adiabático para luego ser transformada en trabajo
mecánico en el eje de la turbina.
La clasificación más apropiada que se utiliza para tratar el
tema relacionado con las pérdidas de energía en una turbina
es la siguiente:
20
Pérdidas en las Toberas
Están relacionadas directamente con la disminución de energía
cinética del fluido debido a la fricción entre éste y las
paredes de las toberas, al rozamiento que existe entre las
partículas internas del fluido y también a la naturaleza del
fluido siendo las pérdidas mayores en un flujo turbulento que
en un flujo laminar.
Pérdidas en los álabes
Las pérdidas de energía en los
influenciadas por varios factores:




álabes
móviles,
se
ven
Pérdidas causadas por la fricción que se representan con
el coeficiente de velocidades en las etapas de impulso.
Los chorros definidos de flujo que salen de las toberas,
tienden a mezclarse en el espacio comprendido entre la
fila de toberas y la fila de álabes móviles. Esta mezcla
induce la formación de turbulencia, afectando el
coeficiente de velocidades y la uniformidad del flujo
que entra en los álabes móviles
Pérdidas de energía producidas por el choque del flujo
con el borde de ataque de los álabes móviles
Pérdidas de energía debido a escapes de fluido por el
espacio comprendido entre la punta de los álabes móviles
y la carcasa.
Pérdidas en los discos o ruedas de turbina
Cuando los discos o ruedas de turbina se ven envueltos por
algún tipo de fluido ligeramente viscoso, se presentan
fuerzas de fricción debido al movimiento relativo entre las
partículas del fluido y el disco, arrastrándolas en la
dirección del movimiento.
Pérdidas por admisión parcial
Este tipo de pérdidas surge porque generalmente las toberas
no están colocadas a lo largo de toda la circunferencia
interna de la turbina o porque si así fuese, no siempre están
admitiendo fluido, debido a la apertura y cierre de sus
válvulas gobernadoras. Los álabes móviles que por una
fracción de tiempo no reciben flujo de las toberas causan
turbulencia.
Pérdidas por fuga de fluido en los sellos internos y externos
21
Las pérdidas de este tipo se manifiestan en pequeñas
cantidades en cada una de las etapas de las turbinas de
impulso y de reacción, teniendo un mayor valor en las etapas
donde la caída de presión es más grande. Entre mayor sea la
diferencia de presiones en una etapa, mayor será la cantidad
fluido que se filtre por los espacios que hay entre el
estator y el rotor de la turbina.
Pérdidas por la velocidad residual
En las turbinas de impulso de múltiples etapas, estas
pérdidas son llevadas a cabo en los álabes fijos (toberas) y
móviles, de donde una gran parte de la energía mecánica del
fluido sale de los álabes fijos para ser utilizada en los
álabes móviles, otra parte mas pequeña es absorbida por la
fricción y la porción restante esta representada por la
energía cinética del fluido que es emitido por los álabes
móviles con una velocidad absoluta de salida conocida. Esta
energía del vapor que sale del primer grupo de álabes móviles
es llevada hacia el siguiente grupo de álabes fijos con una
pequeña pérdida.
Pérdidas Mecánicas
Éstas pérdidas son causadas como resultado de la energía que
se gasta en vencer las fuerzas de resistencia que ejercen los
rodamientos de soporte, incluidos los rodamientos del
generador o cualquier máquina que esté acoplada al eje de la
turbina, tales como bombas, gobernadores y otros.
Estas pérdidas están incluidas dentro de la eficiencia
mecánica y pueden ser determinadas experimentalmente.
2) FACTOR DE RECALENTAMIENTO
La eficiencia de una turbina está influenciada principalmente
por las pérdidas de fluido debido a fugas y otros factores,
además de los efectos de fricción que se presentan en el
interior de la misma producidos por el contacto permanente
entre el fluido y las partes móviles o estacionarias de la
turbina. Este fenómeno se ve representado en un incremento en
la temperatura del fluido y en una disminución de la
eficiencia total del proceso.
22
CAPÍTULO III
23
INVERSIÓN
USOS
La turbina de vapor precisa de un elemento que le proporcione
el flujo de vapor. En las instalaciones convencionales este
elemento es una caldera que obtiene el calor de la combustión
de algún combustible fósil. En el caso de algunas centrales
nucleares, el reactor es el encargado de liberar calor.
Se recurre a menudo a colocar turbinas en paralelo para
absorber el flujo de vapor disponible, lo cual proporciona
una seguridad adicional, caso de rotura de una de ellas.
El ciclo Rankine exige expansionar hasta presiones muy bajas,
del orden de 0.05 bar, para que el vapor condense a
temperaturas ligeramente superiores a la ambiente. Esto hace
que la densidad del fluido manejado en los últimos escalones
de las turbinas sea muy baja.
Las turbinas de vapor se usan asimismo de forma general en la
propulsión marina, si bien el motor Diesel es un serio
competidor, pues proporciona eficiencias que superan el 50%.
También dentro del ámbito de la propulsión marina, en ciertos
buques, se usa turbinas de vapor, o el Diesel, para dar la
potencia de crucero, mientras que una o varias unidades de
turbina de gas se reservan para dar las sobrepotencias
necesarias
para
alcanzar
la
velocidad
máxima.
Estas
sobrepotencias pueden ser comparables o superiores a las del
crucero. Ello redunda en un volumen ocupado menor y en un
coste de instalación también menor.
MARCAS.
Los marcas norteamaricas más reconocidas de turbinas son:
General Electric Power Systems y Pratt & Whitney (United
Technologies). Les siguen Westinhhouse, Allied Signal Power
System, Allison, Dresser Rand, Cooper Rolls y Solar Turbines.
En Europa se encuentran las siguientes: Rolls Royce en el
Reino Unido, SNECMA en Francia, MAN, Motoren und Turbinen
Union (MTU), Siemens y GHH Borsig en Alemania, Nuovo Pignone
(GE), Fiat Avio y Ansaldo en Italia, Asea Brown Bovery (ABB)
24
y Tuma Turbomach en Suiza, Alsom y Turbomeca en Francia,
Centrax OPRA y Thomassen en Holanda, alfa Laval en Suecia.
En Japón destaca Kawasaki
Harima Heavy Industries.
En España
Turbinas.
Internaciona
Heavy
Industries,
Technology
25
Ishikawajima-
Propulsión)
ITP.
Bazán
CONCLUSIONES.
La turbina de vapor (turbomáquina) consiste en producir
energía mecánica a partir de un flujo de vapor. El
funcionamiento de la turbina de vapor se basa en el principio
termodinámico que expresa que cuando el vapor se expande
disminuye su temperatura y se reduce su energía interna.
Estas turbomáquinas pueden dividirse en dos grandes grupos:
las turbinas de acción (la expansión del vapor se realiza en
el estator); y las turbinas de reacción (la expansión se
realiza en el rotor).
También podemos decir que las turbinas están compuestas por
dos partes: el rotor y el estator. El rotor esta formado por
ruedas de alabes unidas al eje y que constituye la parte
móvil de la turbina; y el estator también esta formado por
alabes, pero no unidos al eje sino a la carcasa de la
turbina.
Se puede decir que el uso de ellas tiene un margen muy amplio
de tamaños y potencias, ya que se la puede utilizar desde
maquinas con baja potencia (bombas, compresores), y también
en aquellas que poseen 1500000 Kw. para generar electricidad.
Estas turbinas son utilizadas en la generación de energía de
origen nuclear, como en la propulsión de los buques con
plantas nucleares, así también como en aplicaciones de
cogeneración que requieran calor, y en ciclos combinados con
un generador de vapor que recupera el calor que se perdería.
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BIBLIOGRAFÍA
NOGUEIRA GORIBA, José Ignacio; NEUMANN, Antonio Lecuona
(2000). TURBOMÁQUINAS. Editorial Ariel, Sociedad Anónima.
Barcelona, España.
WEBGRAFÍA
UNIVERSIDA DE AMÉRICA. BOGOTÁ, D.C COLOMBIA.
TURBOMÁQUINAS. Tutorial Interactivo Básico.
URL: http://www.uamerica.edu.co/tutorial/index.htm
Fecha de publicación: Febrero de 2003.
Extraído el: 01/07/2010.
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