exposición final termodinámica

TURBINAS

María Fernanda Becerra CanoLeana Baneza Molina Pacheco

¿QUE ES UNA TURBINA ?

Maquina de fluido Se emplean en

centrales eléctricas, calderas, Industrias,

maquinas.

Convierten en energía mecánica la energía de fluidos

como agua, aire, gas..

SUS PARTES PRINCIPALES SON:

1) Toberas: Dispositivo que convierte la energía térmica y de presión de un fluido (conocida como entalpía) en energía cinética. Como tal, es utilizado en turbomáquinas y otras máquinas, comoinyectores, surtidores, propulsión a chorro, etc. El fluido sufre un aumento de velocidad a medida que la sección de la tobera va disminuyendo, por lo que sufre también una disminución de presión y temperatura al conservarse la energía. Existen diseños y tipos de tobera muy usados en diferentes campos de la ingeniería, como la de Laval, Rateau, Curtis

2) Distribuidor: Dirigir el fluido y regular el caudal. (Estática)

3) Rotor o rodete: Constituído por alavés. (Rotativa)

4) Alavés: Desviar el fluido de corriente. (Rotativa)

5) Eje o árbol: Transmite potencia, soporta al rotor. (Rotativa)

TIPOS DE TURBINAS

1) Turbinas eólicas. (Aerogenerador)

2) Turbinas hidráulicas.

3) Turbinas térmicas: Turbina de vapor, turbina de gas.

4) Turbinas submarinas.

1. TURBINAS EOLICAS

Es una turbina accionada por la energía cinética del viento, la energía eólica.

Funcionamiento: La energía del aire en movimiento proporciona energía mecánica a un rotor hélice que, a través de un sistema de transmisión mecánico hace girar el rotor de un generador.

Turbinas eólica de eje horizontal Tienen el eje paralelo al suelo.

Eje

Tipos Aerogeneradores Molino de viento

Ventajas :•Extremos de pala variable, lo que da a las hojas el ángulo de ataque óptimo•Las torres altas permiten acceder a vientos más fuertes

Desventajas:•Son difíciles de transportar, instalar•Tienen que orientarse hacia el viento

Turbina eólica de eje vertical

Tienen el eje perpendicular al suelo

Tipos Savonius Darrieus

Ventajas:•No necesitan torre, mecanismo de orientación

Desventajas:•Al estar cerca del suelo la velocidad del viento es baja•No son de arranque automático•No toman ventaja de los vientos fuertes de mayor altura.

2. TURBINA HIDRAULICA

Turbomáquina motora hidráulica, aprovecha la energía de un fluido que pasa a través de ella para producir un movimiento de rotación.

El movimiento producido es transferido a un eje que mueve un generador.Su uso mas común están en centrales hidroeléctricas

Clasificación:a. Turbinas de acción: El fluido de trabajo no sufre un cambio de presión. Ej: Peltonb. Turbinas de reacción: El fluido de trabajo sufre un cambio de presión importante en su paso a través de rodete. Ej: Kaplan, Francis.

Turbinas PeltonTurbo máquina motora, de flujo transversal, admisión parcial y de acción.Consiste en una rueda (rodete o rotor) dotada de cucharas en su periferia.Diseñadas para explotar grandes saltos hidráulicos de bajo caudal.

Turbina kaplan

1) Turbina de reacción de flujo axial.2) Consiste de un rodete semejante a la hélice de un barco.3) Se emplean en saltos de pequeña altura.

Turbina Francis

1) Turbo máquina motora a reacción y de flujo mixto.2) Diseñadas para un amplio rango de saltos y caudales.3) Se utilizan para producción de electricidad, también para el bombeo y almacenamiento hidroeléctrico

Turbinas térmicas

1) Son aquéllas cuyo fluido de trabajo sufre un cambio de densidad considerable a través de su paso por la máquina.

2) Las turbinas térmicas se diferencian de las hidráulicas en que sí cambia la presión del flujo a su paso por la turbina. Al hablar de este tipo de turbinas las podemos diferenciar según tres clasificaciones distintas.

Al igual que las hidráulicas, se pueden diferenciar en turbinas de acción y de reacción:

a) Turbinas de acción: En este tipo de turbinas el salto entálpico ocurre sólo en el estator, dándose la transferencia de energía sólo por acción del cambio de velocidad del fluido.

b) Turbinas de reacción: El salto entálpico se realiza tanto en el rodete como en el estator, o posiblemente, sólo en rotor.

3) Vapor y gas:

a) Turbina a vapor: Es una turbo máquina 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.

b) Turbina de gas: Una turbina de gas, es una turbo máquina motora, cuyo fluido de trabajo es un gas. Como la compresibilidad de los gases no puede ser despreciada, las turbinas a gas son turbo máquinas térmicas. Comúnmente se habla de las turbinas a gas por separado de las turbinas ya que, aunque funcionan con sustancias en estado gaseoso, sus características de diseño son diferentes, y, cuando en estos términos se habla de gases, no se espera un posible cambio de fase, en cambio cuando se habla de vapores sí.

4) Por otro lado, se clasifican según el cambio de presión que sufren:

a) De alta presión:  

Son las más pequeñas de entre todas las etapas y son las primeras por donde entra el fluido de trabajo a la turbina. La altura de caída del agua es superior a los 200 metros y se las solía asociar a las turbinas Pelton, que se encuentran entre las más eficientes del ámbito de la energía hidráulica.

b) De presión media:

Valiéndose de turbinas Francis o Kaplan, su altura de caída oscila entre 20 y200 metros.

c) De baja presión:

Son las últimas de entre todas las etapas, son las más largas y ya no pueden ser más modeladas por la descripción de las turbo máquinas. Sus desniveles de agua no superan los 20 metros y utilizan las turbinas Kaplan.

Turbinas de vapor

1) Transforman la energía cinética proveniente de la caldera.2) Transforma la entalpía del vapor de agua en energía mecánica en su eje.3) Su rendimiento es el más bajo de todas las máquinas térmicas cíclicas.

4) Según el número de etapas se pueden clasificar en: a) Turbinas simples o mono etapas poseen un único escalonamiento. b) Turbinas compuestas o multi etapa con varios escalonamientos.

5) Se emplean principalmente en las centrales eléctricas de generación de energía eléctrica

Caldera: genera el vaporTurbina: utiliza la energía del vapor de la caldera y transformarla en trabajo útil para mover un generador eléctrico.Condensador: se emplea para condensar el vapor que sale de la turbina.Bomba: usada para alimentar la caldera con el agua que proviene del condensador.

7) En función de la forma de aprovechamiento de la energía contenida en el flujo de vapor: a) Turbinas de vapor de reacción. b) Turbinas de vapor de acción.

8) En función de la dirección del flujo de vapor: a) Axiales.b) Radiales.

Funcionamiento

Turbinas de gas 1) Se componen principalmente de tres elementos: a) Compresor, que comprime el aire comburente.b) Cámara(s) de combustión, dispuesta(s) radialmente.c) Turbina accionada por los gases.La turbina es serie de álabes con un cierto ángulo de inclinación ángulo, solidarios con una parte móvil, sobre los que incide el gas y hace girar.

2) Giran a gran velocidad, peligro con los desequilibrio.3) Las partículas que pueda arrastrar el aire en la entrada son muy perjudiciales.4) El combustible debe estar perfectamente filtrado.5) En los gases de escape está contenido el calor que cede la máquina térmica.6) Admisión de aire: Toma el aire, posee filtros. (presión, temperatura y limpieza).7) Compresor de aire: Elevar la presión del aire de combustión. 8) Cámara de combustión: Donde se produce la combustión.9) Turbina de expansión: Conversión de la energía contenida en los gases de combustión.

Funcionamiento:

Representa el ciclo Brayton. Se renueva continuamente el fluido. 1) Aire se aspira de la atmósfera y comprime. 2) Pasa a la cámara de combustión, donde se mezcla con el combustible y se produce la ignición.3) Los gases calientes, producto de la combustión, fluyen a través de la turbina, se expansionan y mueven un eje.

Usos:

1) Centrales termoeléctricas: Suministra la máxima potencia.2) Usos marinos: Accionamiento de embarcaciones.3) Tracción ferroviaria: Sustituyen a los motores diésel. (consumo económico)4) En instalaciones industriales y metalúrgicas: accionamiento de una caldera.

Tipos:1) Aero derivadas: Aeronáuticos.2) Industriales: Producción de electricidad.3) Cámara de combustión tipo silo.4) Cámara de combustión anular.5) Cámara de combustión tubo anular.6) Mono eje: Sus componentes giran individualmente.7) Multieje: Giran en dos secciones divididas.

Ventajas:1) Requiere combustibles más baratos.2) Menor tamaño y menor peso.

Desventajas:1) Mayor costo de la maquina.2) No posee inversión de marcha, como toda máquina rotativa.

Turbinas submarinas1) Dispositivo mecánico que convierte la energía de las corrientes submarinas en energía eléctrica.

a) Consiste en aprovechar la energía cinética de las corrientes submarinas.b) Poseen torres diseñadas para buscar las corrientes submarinas.

2) La energía mareomotriz puede producir electricidad de dos formas:a) Energía potencial de las mareas. Dado que la energía potencial varía con la altura de la columna de agua en las mareas, se pueden emplear equipos de baja presión y/o de movimiento alternativo para mover un generador eléctrico y así convertir la energía potencial en energía eléctrica.

b) Energía cinética de las mareas. Como la energía cinética se genera por el flujo del caudal de agua en el caso de las mareas, se puede aprovechar eficientemente ése flujo de energía transformando el movimiento de desplazamiento (corriente marina) en un movimiento de rotación por medio de turbinas. La turbina convenientemente acoplada a un generador eléctrico produce la energía eléctrica.

3) Ventajas de la Energía Mareomotriz y de Corrientes Marinas:

a) Nulo Impacto Visual y Acústico.

Las turbinas submarinas no generan ningún tipo de contaminación visible o audible por encima de la superficie. En todo caso, habría que evaluar medioambientalmente las repercusiones y el impacto para la fauna marina “local”, especialmente, en el caso de equipos posicionados en el fondo por medio de estructuras fijas.

b) Facilitan el Tráfico Marítimo

Las instalaciones submarinas para aprovechamiento de energía mareomotriz y de corrientes marinas permiten a los buques operar sin restricciones. También, las instalaciones flotantes pueden favorecer el tráfico marítimo, si se aprovechan para realizar labores de señalización, comunicaciones y control del propio tráfico marítimo.

c) Fuentes de energía predecibles y regulares.

La energía de las mareas y de corrientes marinas tienen una ventaja común y significativa, dado que son predecibles y se puede conocer bien su flujo y energía con muchos años de anticipación, lo que permite realizar estudios de viabilidad que proporcionan buenas rentabilidades.

d) Las energías renovables marinas se están convirtiendo en una fuente de energía cada vez más importante porque, además de generar tejido industrial, empresas y empleo “locales”, y además de conseguir un mínimo impacto medioambiental, permiten reducir la dependencia energética (económica y geopolítica) respecto de los países produtores de gas y petróleo que, con frecuencia, suelen ser política e institucionalmente inestables.

GRACIAS