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Turbina de vapor

Turbina de vapor

Una turbina de vapor es un dispositivo que se utiliza para convertir la alta presión del vapor en la rotación de un eje que proporciona potencia de salida (eje). Este tipo de turbina se utiliza principalmente en centrales eléctricas (por ejemplo, en centrales de energía solar térmica de alta temperatura), pero también en otras aplicaciones donde se requieren grandes capacidades, como los buques de alta mar.

Con una turbina de vapor moderna, el vapor se guía contra una hilera de palas del rotor, que cambia al máximo la dirección del vapor. Luego, el vapor pasa a través de una hilera de aspas del estator, donde nuevamente gira desde la dirección a la siguiente hilera de aspas del rotor. Este proceso continúa hasta que el vapor se haya expandido al máximo. Cuando la energía del vapor se agota hasta tal punto que se empiezan a formar las gotas de agua, se expulsa de la turbina porque las gotas de agua que se mueven a una velocidad supersónica en las palas de la turbina causan erosión. Esto sucede cuando aproximadamente el 20% de las moléculas de agua se condensan.

Historia de la turbina de vapor

La turbina de vapor fue inventada alrededor de 1883 por el ingeniero sueco Gustav de Laval en su forma más simple, la turbina de lava. Esta turbina constaba de un gran número de aspas en forma de cubo que recogen el vapor y lo convertían en un movimiento circular. Utilizó esta turbina para conducir una centrífuga de leche.

En 1884, el ingeniero británico Charles Algernon Parsons diseñó la turbina de reacción. Esta turbina permite que el vapor fluya en la dirección longitudinal del eje y reduce gradualmente la presión, distribuida sobre varias ruedas de cuchillas.

Junto con Parsons, Auguste Rateau diseñó una turbina donde la presión solo se reduce en las cuchillas del estator. Esta diferencia lleva a un aumento significativo en los rendimientos. Hoy en día esto se llama Zoellyturbines y en realidad son turbinas de lava conectadas en serie. Debido a la presencia de varias etapas sucesivas de presión y velocidad, la velocidad periférica "U" disminuye. La razón de esto es que la velocidad periférica y la caída de calor en la etapa de presión son proporcionales. La trampa de calor por etapa de presión será más pequeña y, por lo tanto, la velocidad periférica también disminuirá. Sin embargo, la trampa de calor de cada etapa de presión (teniendo en cuenta las turbinas conectadas entre sí) debe permanecer igual, de lo contrario, se obtendrían diferentes velocidades periféricas en un eje principal.

Clasificación de la turbina de vapor

Fuente de energía

El vapor utilizado en las turbinas de vapor puede calentarse quemando petróleo o gas, por energía nuclear, por energía solar o por energía geotérmica.

Básico

Las turbinas de vapor se clasifican en varias bases: Axial / radial, presión directa (impulso) / sobrepresión (reacción), tipo compuesto y condensación / drenaje.

La distinción básica se hace en las propiedades de expansión. Por ejemplo, la clasificación principal generalmente se basa en la cuestión de si las turbinas de presión y de sobrepresión son. Esta expansión puede llevarse a cabo de dos maneras diferentes:

Turbinas DC

Las turbinas de presión igual se llaman así porque la presión de entrada en la rueda de la cuchilla es igual a la presión de salida después de la cuchilla. La expansión de vapor completa tiene lugar en las boquillas / boquillas. Estos se clasifican bajo turbinas de impulso. Por ejemplo, las turbinas laval, curtis y de rata se pueden encontrar bajo esta forma de expansión, cada una por supuesto con su campo específico de aplicación, que a su vez puede clasificarse según diversos criterios, por ejemplo, eficiencia, relación de velocidad óptima, velocidad de la cuchilla, ángulo de la cuchilla, costo, mantenimiento y Consumo de energía / entrega.

  • Turbina de lava. Inventado por el ingeniero Gustav de Laval. Esta turbina consta de una rueda con un gran número de aspas en forma de cubo que recogen el vapor y lo convierten en un movimiento circular. Este tipo de turbina no es muy eficiente, ya que funcionó demasiado rápido entre 20,000 y 25,000 rpm.
  • Turbina Curtist. Esta turbina consta de dos ruedas giratorias con un gran número de aspas en forma de cubo que recogen el vapor y lo convierten en un movimiento circular. Entre estas dos ruedas hay un conjunto de paletas de reacción que se detienen. Este tipo de turbina no es tan eficiente, pero la velocidad (rpm) es menor. Esta turbina puede constar de dos etapas o una sola etapa. La turbina se usa como lastre, a menudo se usa en las centrales eléctricas de la turbina de alta presión para disminuir la temperatura y la presión del vapor.
  • Rateauturbine o Zoellyturbine. Auguste Rateau diseñó una turbina que reduce la presión de vapor en pasos. Esto conduce a un aumento de la eficiencia. Se llaman las turbinas Zoelly y son básicamente turbinas de lava conectadas en serie, cada una a una presión más baja. Debido a que tiene varias etapas de presión y velocidad que se suceden, la velocidad se reduce.

Turbina de presión

Esta es una turbina donde la presión de salida es más baja que la entrada. La expansión se produce en parte en las paletas guía y en parte en las paletas guía. Estas se llaman turbinas de impulso / reacción o simplemente turbinas de reacción. La turbina parson se aloja aquí. La guía y las paletas en movimiento se hacen de manera relativamente uniforme y debido a que con esta turbina la diferencia de entalpía por etapa (lei + loop) es la misma, la potencia obtenida u obtenible se puede calcular a partir del número de etapas. Sin embargo, con este tipo de turbinas, hay una carga axial del eje debido a la caída de presión por etapa.

Turbina Parson . En 1884, el ingeniero británico Charles Algernon Parsons diseñó la turbina de reacción, esta turbina permite que el vapor fluya en la dirección longitudinal del eje y reduce gradualmente la presión, distribuida sobre varias ruedas de cuchillas. La velocidad es ahora de 1500 o 3000 rpm. Todas las turbinas contemporáneas son turbinas parson.

Ljungström turbina, una turbina con dos ejes giratorios opuestos. Las paletas guía también giran, pero en dirección opuesta.

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Autor:

Fecha publicación: 26 de abril de 2019
Última revisión: 26 de abril de 2019