conceptos básicos y clasificación de una turbina

7/22/2019 Conceptos bsicos y clasificacin de una turbina

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSUniversidad del Per, Decana de Amrica

Facultad de Ingeniera Electrnica y Elctrica Pgina 1

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Universidad del Per, DECANA DE AMRICA

Tema: Conceptos bsicos y clasificacin de una turbina

Curso: Circuitos elctricos I

Profesor: Vctor Alva Saldaa

Alumno: Milton David Huaco Rojas

Cdigo: 0819015


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Conceptos bsicos y clasificacin de una turbina

Introduccin

Laturbina es un motor rotativo que convierte en energa mecnica la energa de una corriente de agua,vapor de gas o gas. El elemento bsico de la turbina es la rueda o rotor (usado en turbo maquinas), que

cuenta con palas, hlices, cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia(tambin denominadolabes en turbinas elicas ), de tal forma que el fluido en movimiento produce una fuerza tangencial queimpulsa la rueda y la hace girar. Esta energa mecnica se transfiere a travs de un eje para proporcionar elmovimiento de una maquina, un compresor, un generador elctrico o una hlice.

Las turbinas se clasifican en turbinas hidrulicas o de agua, turbina de vapor y turbinas de combustin. Hoyla mayor parte de la energa elctrica mundial se produce utilizando generadores movidos por turbinas.

Una turbina de vapor es una turbo mquina que transforma la energa de un flujo de vapor en energamecnica. Este vapor se genera en una caldera, de la que sale en unas condiciones de elevada temperatura ypresin. En la turbina se transforma la energa interna del vapor en energa mecnica que, tpicamente, esaprovechada por un generador para producir electricidad.

Al pasar por las toberas de la turbina, se reduce la presin del vapor (se expande) aumentando as suvelocidad. Este vapor a alta velocidad es el que hace que los labes mviles de la turbina giren alrededor desu eje al incidir sobre los mismos. Por lo general una turbina de vapor posee ms de un conjunto tobera-labe (o etapa ), para aumentar la velocidad del vapor de manera gradual. Esto se hace ya que por lo generalel vapor de alta presin y temperatura posee demasiada energa trmica y, si sta se convierte en energacintica en un nmero muy reducido de etapas, la v elocidad perifrica o tangencial de los discos puedellegar a producir fuerzas centrfugas muy grandes causando fallas en la unidad.

En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estator. El rotor est formado por ruedas delabes unidas al eje y que constituyen la parte mvil de la turbina. El estator tambin est formado porlabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina.

El xito obtenido con las turbinas de agua condujo a utilizar el principio de la turbina para extraer energadel vapor de agua. Mientras que la maquina a vapor de vaivn desarrollada por el inventor e ingenieroescocs James Watt utilizaban la presin del vapor, la turbina consigue mejores rendimientos al utilizartambin la energa cintica de este. La turbina puede ser ms pequea, ms ligera y ms barata que unamaquina de vapor de vaivn de la misma potencia, y puede ser de un tamao mucho mayor que lasmaquinas de vapor convencionales.

Desde el punto de vista de la mecnica, tiene la ventaja de producir directamente un movimiento giratoriosin necesidad de una manivela o algn otro medio de convertir la energa de vaivn en energa rotatoria.Como resultado de ello, la turbina de vapor a remplazado a las maquinas de vaivn en las centralesgeneradoras de energa elctrica, y tambin se utiliza como una forma de propulsin a chorro.


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La turbina de vapor no fue inventada por una nica persona, sino q fue el resultado del trabajo de un grupode inventores a finales del siglo XIX. Algunos de los participantes ms notables en este desarrollo fueron elBritnico Charles Algernon Parsons fue responsable del denominado principio de escalones, mediante elcual el vapor se expanda en varias fases aprovechndose su energa en cada una de ellas. De Laval fue elprimero en disear chorros y palas adecuadas para el uso eficiente de la expansin del vapor.

Clasificacin

Existen turbinas de vapor en una gran variedad de tamaos, desde unidades de 1 HP (0.75 Kw.) Usadas para accionarbombas, compresores y otro equipo accionado por flecha, hasta turbinas de 2,000,000 HP (1,500,000 Kw.) Utilizadas paragenerar electricidad.

Existen diversas clasificaciones para las turbinas de vapor modernas.

Se distinguen dos tipos de turbinas: de accin o de reaccin. La forma ms sencilla de turbina de vapor es la denominadaturbina de accin, en la que los chorros de la turbina estn sujetos a un punto dentro de la carcaza de la turbina, y las palasestn dispuestas en los bordes de ruedas que giran alrededor de un eje central. El vapor pasa a travs de las boquillas y

alcanza las palas. Estas absorben una parte de la energa cintica del vapor en expansin, lo que hace girar la rueda y conella el eje al que esta unida. La turbina esta diseada de forma que el vapor que entra por un extremo de la misma seexpande a travs de una serie de boquillas hasta que a perdido la mayor parte de su energa interna.

En la turbina de reaccin la energa mecnica se obtiene de la aceleracin del vapor en expansin. Las turbinas de este tipocuentan con dos grupos de palas unas mviles y otras fijas. Las palas esta colocadas de forma que cada par acta como unaboquilla a travs de la cual pasa el vapor mientras se expande. Las palas de las turbinas de reaccin suelen montarse en untambor en lugar de una rueda, el tambor acta como eje de la turbina.

Para que la energa del vapor se utilice eficientemente en ambos tipos de turbina, es necesario utilizar varios escalones encada uno de los cuales se convierte en energa cintica, una parte de la energa trmica del vapor. Si se hiciera toda laconversin de los dos tipos de energa en un solo escaln, la velocidad rotatoria de la rueda seria excesiva. Por lo general seutilizan mas escalones en las turbinas de reaccin que en las turbinas de accin. Se puede comprobar que, con el mismodimetro y la misma cantidad de energa, la turbina de reaccin necesita el doble de escalones para obtener un rendimientomximo. Las turbinas ms grandes, que normalmente son de accin, emplean hasta cierto grado la reaccin al principio del

recorrido del vapor para que el flujo de vapor sea eficaz. Muchas de las turbinas de reaccin utilizan primero un escaln decontrol de accin, lo que reduce l numero de escalones necesarios.

A causa del aumento de volumen del vapor cuando se expande, es necesario aumentar en cada escaln el tamao de lasaberturas a travs de las cuales pasa el vapor. Durante el diseo real de las turbinas, este aumento se consigue alargandolas palas de un escaln a otro y aumentando el dimetro del tambor o la rueda a la que estn acopladas las palas. Tambinse agregan dos o ms secciones de turbina en paralelo. Como resultado de esto, una turbina industrial pequea puede serprcticamente cnica, con el dimetro ms pequeo en el extremo de entrada, de mayor presin, y el dimetro mayor en elextremo de salida. Las grandes turbinas de una central elctrica nuclear pueden tener cuatro rotores con una seccin de altapresin con flujo doble, seguida de tres secciones de baja presin y flujo doble.


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Las turbinas de vapor son mquinas simples que tienen prcticamente una sola parte mvil, el rotor. Sin embargo, requierenalgunos componentes auxiliares para funcionar: cojinetes de contacto plano para sostener el eje, cojinetes de empuje paramantener la posicin axial del eje, un sistema de lubricacin de los cojinetes y un sistema de estanqueidad que impide queel vapor salga de la turbina y que el aire entre en ella. La velocidad de rotacin se controla con vlvulas en la admisin devapor de la mquina. La cada de presin en las palas produce adems una fuerza axial considerable en las palas mviles, loque se suele compensar con un pistn de equilibrado, que crea a su vez un empuje en sentido opuesto al del vapor.

La eficiencia de expansin de las turbinas modernas de varios escalones es alta, dado el avanzado estado de desarrollo delos componentes utilizados en las turbinas y la posibilidad de recuperar las prdidas de un escaln en los siguientes, con unsistema de recalentamiento. El rendimiento que se obtiene al transformar en movimiento la energa tericamente disponiblesuele superar el 90%. La eficiencia termodinmica de una instalacin de generacin con vapor es mucho menor, dada laprdida de energa del vapor que sale de la turbina.

Estas categoras incluyen turbinas condensadoras, no condensadoras, de recalentamiento, extraccin e induccin.

Las turbinas de no-condensacin o de contrapresin son ms ampliamente usadas para aplicaciones de vapor en procesos.La presin de salida es controlada por una vlvula reguladora para satisfacer las necesidades de presin en el vapor delproceso. Se encuentran comnmente en refineras, plantas de papel y pulpa y en instalaciones de desalinizacin, donde sedispone de grandes cantidades de vapor de proceso a baja presin.

Las turbinas condensadoras se encuentran comnmente en plantas de potencia elctrica. Estas turbinas expelen vapor enestado parcialmente saturado, generalmente con calidad mayor al 90%, a una presin bastante inferior a la atmosfricahacia un condensador.

Las turbinas de recalentamiento tambin son usadas casi exclusivamente en plantas de potencia elctrica. En una turbina derecalentamiento, el flujo de vapor sale de una seccin a alta presin de la turbina y es regresado a la caldera donde se levuelve a sobrecalentar. El vapor entonces regresa a una seccin de presin intermedia de la turbina y contina suexpansin.

Las turbinas de extraccin se encuentran en todo tipo de aplicaciones. En una turbina de extraccin, el vapor es liberado endiversas etapas y aprovechado en distintos procesos industriales, tambin puede ser enviado a calentadores de agua paramejorar la eficiencia del ciclo.

Los fluidos extrados pueden ser controlados mediante una vlvula o pueden no controlarse. Las turbinas de induccinintroducen vapor a baja presin en una etapa intermedia para producir potencia adicional.

conceptos básicos y clasificación de una turbina

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