TURBINA
DE VAPOR
De manera resumida se puede definir una turbina de vapor como una
turbina termofluidica diseñada para producir energía mecánica rotacional.
Una turbina de vapor es
una turbo máquina 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 estator. El rotor
está formado por ruedas de álabes unidas al eje y que constituyen la parte
móvil de la turbina. El estator también está formado por álabes, no unidos al
eje sino a la carcasa de la turbina.
¨La turbina trabaja convirtiendo la energía del vapor de agua
en energía mecánica. El rotor es el que mueve el sistema, cuando las palas que
rodean su circunferencia son puestas en movimiento por la fuerza del líquido.¨
Funcionamiento especifico:
Su proceso es sencillo. La fuerte presión del vapor que entra,
impacta primero las palas inmóviles que dirigen esta fuerza hacia las palas o
cuchillas móviles del rotor de la turbina (si es este el tipo), sobre las que
recae la tarea de impulsar el vapor hacia la salida, para que la energía
térmica se convierta en mecánica.
El eje rotor esta dentro de la carcasa, llamada estator, que tal
como el eje se compone de palas, una por cada escalonamiento de la hélice del
rotor; este es el corazón de su fuerza motriz.
Pero su principio de funcionamiento obedece al Rankine
regenerativo, que es un ciclo termodinámico al final del cual el líquido de
trabajo retorna a su estado inicial.
En el ciclo Rankine se distinguen cuatro procesos. El de bombeo.
Traspaso de calor al fluido en una caldera a presión interrumpida. Expansión
reversible del fluido en la turbina. Traspaso de calor desde el fluido de
trabajo a presión constante en el condensador.
¨ La turbina trabaja convirtiendo la energía del vapor de agua
en energía mecánica. El rotor es el que mueve el sistema, cuando las palas que
rodean su circunferencia son puestas en movimiento por la fuerza del líquido.¨
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
·
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.
ESQUEMA DE UNA
TURBINA DE VAPOR
Propiedades
de estado.
Entrada
en comparación a la salida del dispositivo:
- En el
dispositivo el fluido entra como vapor sobrecalentado y sale como mezcla
saturada.
- Es
considerado el trabajo de la turbina.
- La
presion cambia, la presión de entrada es mucho mayor que la presión de
salida, la presion interna es mayor que la presión de salida.
- Es
adiabatica osea el sistema no intercambia calor a su entorno.
- La temperatura
presenta cambios en el sistema; Tsalida<Tsistema<Tentrada.
Ecuación
de continuidad de la turbina de vapor:
ṁ=Flujo
masico
∑
ṁ de entrada=∑ ṁ de salida
ṁ
de entrada= ṁ del sistema=ṁ de la superficie
Ve:
volumen de entrada
V:
volumen total
V
sp: volumen de salida
A:
área
U:
energía
VeAe =
VAsi = VspAsp
Ue Usi Usp
1era
ley de termodinámica para el dispositivo:
ṁ=Flujo
masico
(ṁ
de entrada)(he) = (ṁdel sistema)(hsi)≠( ṁ de salida)(hsp)+W turbina.
Cuando
nos dan información acerca del diámetro de las turbinas o velocidad se
considera la Energía Cinética por lo tanto:
(ṁ
de entrada)(he+1/2ῡe)= ṁsi(hsi+1/2ῡsi)+…
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