DEFINICIÓN
Son
máquinas en las que existe un intercambio de energía entre el fluido de trabajo
y un dispositivo mecánico basados en el principio de cantidad de movimiento.
Las
turbomáquinas se diferencian de otras máquinas térmicas en que son de
funcionamiento continuo, no alternativo o periódico como el motor de explosión
o la bomba de vapor a pistón.
A
semejanza de otras máquinas las turbomáquinas son esencialmente transformadoras
de energía, y de movimiento rotativo. Sin embargo, se diferencian, por ejemplo,
del motor eléctrico, en que la transformación de energía se realiza utilizando
un fluido de trabajo.
En
las turbomáquinas el fluido de trabajo puede ser un líquido (comúnmente agua,
aunque para el caso de las bombas de líquido la variedad de fluidos es muy
grande) o un gas o vapor (comúnmente vapor de agua o aire, aunque nuevamente
para los compresores la variedad de gases a comprimir puede ser muy grande).
CLASIFICACIÓN
Son
aquellas que trabajan con fluidos compresibles, con diferencia de presión entre
la entrada y la salida de la turbomáquina mayores o iguales a 2500
mm de agua. De tal forma que se registra un cambio apreciable en el
volumen específico del fluido entre la entrada y la salida del equipo. Entre
ellos se encuentran: las turbinas térmicas y los compresores.
Son
aquellas que trabajan con fluidos incompresibles y con fluidos compresibles con
diferencia de presión entre la entrada y la salida de la turbomáquina menores
a 2500 mm de agua, de tal forma que no se registran cambios
apreciables en el volumen específico del fluido de trabajo. Entre los que
trabajan con fluidos compresibles se encuentran los ventiladores y los que
manejan fluidos compresibles, las turbinas hidráulicas y bombas centrífugas.
Son
máquinas en las que el fluido de trabajo le cede energía a un rotor provisto de
álabes basados en el principio de cantidad de movimiento, y originándose un
cambio apreciable en el volumen específico del fluido.
COMPONENTES PRINCIPALES
·
Carcasa: es la parte estática de la
turbina que sustenta y sostiene el rotor provisto de álabes.
·
Toberas: son dispositivos que se
utilizan para transformar energía de presión en energía cinética necesaria para
mover el rotor provisto de álabes. En turbinas de varias etapas o coronas de
álabes móviles, éstas forman parte de la carcasa y se conocen con álabes fijos.
El aumento de velocidad obtenido a la salida de la tobera crea una expansión al
transformarse la energía de presión en energía cinética, que posteriormente se
convierte en energía mecánica en los álabes móviles.
·
Rotor con álabes móviles: es el
dispositivo en donde la energía cinética es transformada en energía mecánica
por l movimiento del rotor.
·
Regulador de velocidad: es un
dispositivo para mantener una velocidad constante en el rotor, actúa
controlando o regulando el flujo de fluido en la entrada de la turbina.
·
Válvula de cierre rápido: es un
dispositivo que actúa en caso de emergencia cuando el rotor alcanza velocidades
por encima de la máxima permitida o de diseño. Actúa cortando el flujo de
fluido en la entrada de la tubería.
·
Sistema de rotación lenta: se utiliza en
turbinas de varias etapas y con ejes largos, su función es mantener la rotación
del eje hasta que éste se enfríe luego que la turbina está fuera de servicio.
Se hace con el fin de que el eje no se doble o flexe ya que si esto ocurre la
turbina no puede ser arrancada de nuevo. Porque si el eje se dobla los
álabes móviles se encontrarían incrustados en la carcasa y los fijos en el eje.
·
Sistema de lubricación: se utiliza para
levantar el eje en el arranque de la turbina y para proporcionar una película
de aceite en el cojinete y el eje.
·
Válvula de drenaje: se utilizan para
drenar las turbinas antes del arranque ya que si existe agua, durante el
arranque de la turbina se producen deformaciones en los álabes.
CLASIFICACIÓN DE LAS TURBINAS
TÉRMICAS.
SEGÚN EL TIPO DE FLUIDO.
A.-
De vapor o combustión externa: son aquellas en las que el fluido de trabajo
durante el proceso no cambia sus propiedades, sólo cambia su estado. Son
utilizadas para generar electricidad o propulsión mecánica.
B.-
Turbinas de Gas o de Combustión Interna, el fluido de trabajo es comprimido, se
somete a un proceso de combustión de tal forma que sale de la turbina con
propiedades diferentes. (Ciclo Brayton)
SEGÚN EL GRADO DE REACCIÓN (GR)
Grado
de Reacción: es la relación que existe entre la caída de presión observada en
el álabe móvil y la caída de presión en el álabe fijo.
- Acción: son
aquellas en las que el grado de reacción es igual a cero. No se presenta caída
de presión en el álabe móvil y presentan álabes simétricos. El vapor para a
través de boquillas de expansión y alcanzan a las palas las cuales están
dispuestas alrededor de ruedas que giran en un eje de transmisión.
- Reacción:
son aquellas en las que el grado de reacción es diferente de cero.
Presentan caídas de presión en el álabe móvil y tienen álabes asimétricos. Es
más potente que la de acción diseñada para el mismo volumen de vapor. Constan
de palas móviles y fijas dispuestas de tal forma que cada par actúa como
boquilla de expansión. Cada combinación de una fila estacionaria y otra móvil
se denominan etapas
TURBINA
|
ACCIÓN
|
REACCIÓN
|
Grado
de reacción
|
0
|
≠
0
|
DP2-3 en
álabes móviles
|
0
|
≠
0
|
Álabes
simétricos (acción)
|
↑
P
|
|
Álabes
asimétricos (reacción)
|
↓
P
|
A.- SEGÚN EL SUMINISTRO Y ESCAPE DE
VAPOR SE CLASIFICAN:
Turbina
de contrapresión: en la que la presión del vapor a la salida de la turbina
está por encima de la presión atmosférica y es susceptible de poder ser
empleado en un proceso industrial.
Turbina
de condensación, en la que el vapor se expande desde la presión de entrada
hasta una presión por debajo de la atmosférica, condensando posteriormente y
bombeando el agua a la caldera; es el tipo de turbina empleado en las centrales
térmicas de generación de energía eléctrica.
Turbina
de extracción, que consiste en una turbina con una toma de vapor en la carcasa
para alimentar un determinado servicio, o precalentar del agua de alimentación
de la caldera; la turbina de extracción puede ser de condensación o no. La
presión de extracción se mantiene constante al variar el caudal del vapor
extraído por medio de un regulador de presión que actúa sobre el vapor de
entrada en la turbina; si la extracción no se controla, la presión del vapor
extraído estará sometida a variaciones importantes en función del caudal de
vapor de salida de la turbina. Las turbinas de extracción se utilizan en
aquellos procesos industriales en los que se puedan requerir dos niveles de
presión.
B.- SEGÚN LA
DIRECCION DEL FLUJO DEL VAPOR DENTRO DE LA TURBINA:
-
Axial,
Radial
-
Tangencial
C.- SEGÚN LA DISPOSICION
DE LAS CARCAZAS O DE LOS EJES:
-
Una
sola carcasa.
-
Dos
o más carcasas.
-
Con
los ejes acoplados en líneas.
APLICACIÓN DE LAS TURBINAS TÉRMICAS
-
Son utilizadas para el accionamiento de
equipos como bombas, compresores ventiladores.
-
Para la generación de potencia eléctrica
-
En plantas termoeléctricas de vapor y
termoeléctricas de gas
-
En la industria naval, aérea o náutica y
automotriz.
TURBINAS DE GAS
Componentes
principales de una turbina de gas Brown- Boweri.
De derecha a izquierda, el generador, el
pedestal del cojinete del compresor, turbina de gas con su cámara de combustión
y el difusor del gas de escape Corte
en sección de una turbina de gas Browm- Boweri
Sus
componentes principales son básicamente los indicados para las turbinas de
vapor, sin embargo se adicionan: Cámara de combustión, filtros para aire de
admisión y regenerador.
El
compresor debe ser de flujo axial para estos casos ya que debe comprimir los
gases combustibles.
CLASIFICACION:
De
ciclo abierto: Estas utilizan la cámara de combustión para suministrar calor al
fluido de trabajo, pasando solo una vez por las turbinas.
De
ciclo cerrado: Estas siempre utilizan un proceso de transferencia para agregar
o retirar calor al fluido de trabajo, permitiendo reciclarlo continuamente y
mantener controlada su densidad. Emplean combustibles tales como gas natural,
kerosen o gasoil.
APLICACIONES:
Aviación
militar y comercial (propulsión a chorro), helicópteros, generación de
electricidad, naviera, cuando se requiere transportar gas por gasoductos.
Excelente
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