• Author / Uploaded
• Jose Miguel Delgado Macias

Citation preview

AUTORES: DELGADO MACIAS JOSE PICO LANDA GABRIEL

TEMA: TURBINAS DE VAPOR

CURSO: QUNTO SEMESTRE “A”

DOCENTE: DR. JUAN LUIS RODRIGUEZ

MANTA – ECUADOR 2014

Turbinas de vapor

Introducción La turbina es un motor rotativo que convierte en energía mecánica la energía de una corriente de agua, vapor de gas o gas. El elemento básico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hélices, cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, de tal forma que el fluido en movimiento produce una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hace girar. Esta energía mecánica se transfiere a través de un eje para proporcionar el movimiento de una máquina, un compresor, un generador eléctrico o una hélice. Las turbinas se clasifican en turbinas hidráulicas o de agua, turbina de vapor y turbinas de combustión. Hoy la mayor parte de la energía eléctrica mundial se produce utilizando generadores movidos por turbinas. Una turbina de 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. Al pasar por las toberas de la turbina, se reduce la presión del vapor (se expande) aumentando así su velocidad. Este vapor a alta velocidad es el que hace que los álabes móviles de la turbina giren alrededor de su eje al incidir sobre los mismos. Por lo general una turbina de vapor posee más de un conjunto tobera-álabe (o etapa), para aumentar la velocidad del vapor de manera gradual. Esto se hace ya que por lo general el vapor de alta presión y temperatura posee demasiada energía térmica y, si ésta se convierte en energía cinética en un número muy reducido de etapas, la velocidad periférica o tangencial de los discos puede llegar a producir fuerzas centrífugas muy grandes causando fallas en la unidad. 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. El Éxito obtenido con las turbinas de agua condujo a utilizar el principio de la turbina para extraer energía del vapor de agua. Mientras que la maquina a vapor de vaivén desarrollada por el inventor e ingeniero escocés James

Watt utilizaban la presión del vapor, la turbina consigue mejores rendimientos al utilizar también la energía cinética de este. La turbina puede ser más pequeña, más ligera y más barata que una máquina de vapor de vaivén de la misma potencia, y puede ser de un tamaño mucho mayor que las máquinas de vapor convencionales.

OBJETIVO GENERAL: Familiarizar al alumno con el análisis, operación y funcionamiento de una turbina de vapor empleada en la generación de energía eléctrica, visualizando las operaciones de cada uno de los elementos que conforman. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: a)

Determinar el rendimiento de una turbina de vapor del tipo de acción, así como el de la unidad turbogeneradora, graficando las curvas características. Conocer de la aplicación e importancia de los rendimientos.

b)

Dar una idea general del funcionamiento de una central térmica de vapor real, así como de los aspectos termodinámicos involucrados.

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. Este vapor se genera en una caldera, de la que sale en unas condiciones de elevada temperatura y presión. El trabajo disponible en la turbina es igual a la diferencia de entalpia entre el vapor de entrada y salida a la turbina. El hecho de la utilización del vapor como fluido de trabajo se debe a la elevada energía disponible por unidad de kg de fluido de trabajo. Al pasar por las toberas de la turbina, se reduce la presión del vapor, (se expande) aumentando así su velocidad. Este vapor a alta velocidad es el que hace que los alabes móviles de la turbina giren alrededor de su eje al incidir sobre el mismo. Por lo general, una turbina de vapor posee más de un conjunto tobera-alabe (o etapa), para aumentar la velocidad del vapor de manera gradual. Esto se hace ya que por lo general el vapor de alta presión y temperatura posee demasiada energía térmica y si esta, se convierte en energía cinética en un número muy reducido de etapas, la velocidad periférica o tangencial de los discos puede llegar a producir fuerza centrífuga muy grande causando fallas en la unidad.

La clasificación de las turbinas depende de diferentes factores, entre los relevantes se tiene: a) Considerando la expansión del vapor en la turbina, se tendrá turbinas de acción o impulso, de reacción y mixtos (acción-reacción). b) Considerando la descarga del vapor, encontramos turbinas de descarga libre, de condensación y de contrapresión. c) Si se considera la dirección del flujo de vapor, relativo al plano de rotación, se habla de turbinas de flujo axial, radial y tangencial.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA TURBINA DE VAPOR Si los cambios en la energía cinética y potencial (presión y temperatura) del fluido de trabajo no son considerados, el calor transferido y el trabajo pueden representarse por área en el diagrama. El área comprendida por los puntos a-1-2-3-b-a representa el calor transferido al fluido de trabajo, mientras que el área comprendida por lo puntos a-1-4-b-a representa el calor transferido desde el sistema. El trabajo neto realizado está representado por el área comprendida por los puntos 12-3-4-1 y es la diferencia entre el calor transferido al fluido de trabajo y el calor transferido desde el fluido de trabajo.

Ciclo de Potencia (ciclo de Clausius Rankine) El principio de funcionamiento de las turbinas de vapor tiene su fundamento en el ciclo termodinámico conocido como ciclo Rankine, a final del cual el fluido de trabajo retorna a su estado y composición inicial. Cuatro procesos se distinguen en un ciclo Rankine ideal. 1-2 Proceso de bombeo adiabático y reversible. 2-3 Transferencia de calor al fluido de trabajo en una caldera a presión constante 3-4 Expansión adiabática (no hay transferencia de calor entre el sistema y sus alrededores) y reversible del fluido en la turbina. 4-5 Transferencia de calor desde el fluido de trabajo a presión constante en el condensador.

 A mayor presión y temperatura del vapor, mayor es la eficiencia termodinámica.  Se añade un recalentamiento de vapor entre etapas de la turbinas para lograr una eficiencia aún mayor.

Las turbinas se componen de 4 partes principales: 1. El cuerpo del rotor 2. La carcasa 3. Las toberas 4. Los álabes

Rotor Es un elemento móvil del sistema. La energía desprendida por el vapor en la turbina se convierte en energía mecánica en este elemento. Dado que la turbina está dividida en un cierto número de escalonamientos, el rotor está compuesto por una serie de coronas de alabes, uno por cada escalonamiento de la turbina. Los alabes se encuentran unidos solidariamente al eje de la turbina moviéndose con él.

Estator El estator está constituido por la propia carcasa de la turbina. Al igual que el rotor, el estator está formado por una serie de coronas de alabes, correspondiendo cada una a una etapa o escalonamiento de la turbina.

Toberas El vapor es alimentado a la turbina a través de estos elementos. Su labor es conseguir una correcta distribución del vapor entrante/saliente al/desde el interior de la turbina

RENDIMIENTO DE LA TURBINA DE VAPOR El rendimiento o eficiencia de una turbina se define como el cociente entre la energía producida por la misma y la energía disponible. La eficiencia de una turbina está influenciada principalmente por las pérdidas de fluidos debido a las fugas y otros factores, además de los efectos de fricción que se presentan en el interior de la misma, producidos por el contacto entre el fluido y las partes móviles. El rendimiento o eficiencia de una turbina se define como el cociente entre la energía producida por la misma y la energía disponible. La eficiencia de una turbina está influenciada principalmente por las pérdidas de fluidos debido a las fugas y otros factores, además de los efectos de fricción que se presentan en el interior de la misma, producidos por el contacto permanente entre el fluido y las partes móviles o estacionarias de las turbinas.

Este fenómeno se ve representado en un incremento en la temperatura del fluido y una disminución de la eficiencia total del proceso. Indicamos con Q1: el calor suministrado al vapor por unidad de masa; con L1: el trabajo mecánico entregado al eje por las ruedas móviles; con Le: el trabajo mecánico entregado en el acoplamiento, fuera de la turbina y Ai con el salto entalpico disponible a la entrada de la turbina. Definimos tres rendimientos referidos al calor entregado al vapor. 1.- Rendimiento térmico ideal por ejemplo del ciclo Rankine.

2.-Rendimiento térmico interno

3.- Rendimiento térmico al freno.

Conclusión Mediante este informe acerca de todo lo relacionado a las turbinas de vapor, hemos aprendido muchas cosas acerca de ellas, desde cómo están compuestas, su funcionamiento, distintos tipos de turbinas, y más. También este informe está dedicado a aquellas personas que estén interesados en el tema y quieran informarse. La turbina de vapor se consiste en una turbo-máquina que produce energía mecánica a partir de un flujo de vapor. El funcionamiento de la turbina de vapor se basa en el principio termodinámico que expresa que cuando el vapor se expande disminuye su temperatura y se reduce su energía interna.

Estas turbo-maquinas pueden dividirse en dos grandes grupos: las turbinas de acción (la expansión del vapor se realiza en el estator); y las turbinas de reacción (la expansión se realiza en el rotor).

También podemos decir que las turbinas están compuestas por dos partes: el rotor y el estator. El rotor está formado por ruedas de alabes unidas al eje y que constituye la parte móvil de la turbina; y el estator también está formado por alabes, pero no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina. Estas turbinas son utilizadas en la generación de energía de origen nuclear, como en la propulsión de los buques con plantas nucleares, así también como en aplicaciones de cogeneración que requieran calor, y en ciclos combinados con un generador de vapor que recupera el calor que se perdería. En fin, espero que el trabajo les guste, los informe, y les sirva de algo en un futuro. Desde ya a nosotros nos ha servido y esperamos recordar la distinta información agrupada en él, para un mejor desempeño en algún trabajo relacionado a TURBINAS.

Bibliografía  http://html.rincondelvago.com/turbinas-de-vapor.html  http://html.rincondelvago.com/ensayo-sobre-una-turbina-devapor.html  http://es.slideshare.net/MonicaSolorzano/turbinas-de-vaporpresnentacion-final  http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_vapor  http://es.slideshare.net/gocando/turbinas-de-vapor-3159160