SISTEMAS DE REGULACIÓN DE LAS TURBINAS DE VAPOR

SISTEMAS DE REGULACIÓN DE LAS TURBINAS DE VAPOR
OBJETIVOS DE LA REGULACIÓN:
El objetivo más frecuente, es mantener constante el número de revoluciones.

Otros objetivos son mantener constante la presión, mantener constante la potencia, el gasto, y raras veces la temperatura1
Es necesario controlar la potencia desarrollada por las turbinas de vapor para adaptarla a los requerimientos de lacarga. El control puede hacerse de 2 maneras:
Controlando la presión del vapor: Lo que implica cambiar la calidad de vapor, y se denomina control cualitativo.
Controlando cuantas secciones o etapas de la turbina reciben el vapor: control cuantitativo

LA LÍNEA DE WILLANS
Al graficar el consumo de vapor en función de la potencia desarrollada por la turbina, encontramos que el consumo aumentalinealmente con la potencia hasta un cierto nivel llamado Potencia máxima o nominal de la turbina.

Grafica extraida de : Edwin F. Church; TURBINAS DE VAPOR; editorial Alsina ; buenos aires; Consumos de una turbina de vapor,
La grafica de consumo se denomina la línea de Willans. Si esta líneapasara por el origen, la grafica de consumo específico sería una horizontal. Pero debido a la ordenada en el origen se convierte en una hipérbola:

Pasando el punto E, el consumo específico aumenta bruscamente. Como el consumo específico es proporcional a la inversa del rendimiento, el punto E representa el punto de operación más económica de la turbina. Se aprecia que la operación a cargasmenores que la máxima es antieconómica. El objeto de los sistemas de regulación es mejorar el consumo específico a cargas parciales.
La ordenada en el origen de la línea de willans representa un caudal de vapor que es necesario alimentar a la turbina para mantenerla rotando aun cuando no se desarrolle potencia útil en el eje.







A máxima potencia, los sistemas de regulación no intervienenpor lo que el punto C es el mismo. Si la potencia es regulada reduciendo la presión de vapor (regulación cualitativa o throttle governing) se necesitara mayor caudal de vapor que en la regulación cuantitativa (nozzle governing) para mantener la turbina rotando, por lo que la OB es mayor que OB´ 2

REGULACIÓN IDEAL CUANTITATIVA O POR TOBERAS
En un caso ideal podemos suponer que por algúnmecanismo, en lugar de que el vapor ingrese por toda la corona de toberas en todas las etapas, ingrese solo por cierto número menor de las mismas.
Si despreciamos las perdidas por ventilación causadas por las toberas y alabes que no reciben flujo de vapor, pero que si están inmersos en el vapor, la eficiencia de un sector de toberas no debería ser inferior a la eficiencia del total, y la línea dewillans seria precisamente la línea de regulación ideal OB´ de la figura anterior.



La regulación ideal por toberas en toda turbina no es muy factible, por lo que se recurre a la regulación por toberas en solo algunas etapas. La regulación puede hacerse controlando la potencia en la primera etapa por medio de la segmentación del disco de toberas, la cual puede realizarse dividendo elconducto distribuidor en sectores circulares y alimentando cada sector con válvulas de cierre y apertura como en la figura

1Grafica tomada de Claudio Mataix; Turbomáquinas Térmicas; 3 edición, editorial CIE, pag 954

REGULACIÓN CUALITATIVA O POR ESTRANGULACIÓN
En la regulación cualitativa se reduce la presión del vapor que ingresa a la turbina estrangulando la vena fluida por medio de unaválvula, proceso que se conoce como laminación. En este proceso no se intercambia ni calor ni trabajo con el exterior por lo que se trata de una transformación a entalpia constante y con aumento de entropía, lo que implica una caída de presión. En la siguiente figura se ilustra el efecto de la laminación sobre la expansión en la turbina3

Grafica extraída de : Edwin F. Church; TURBINAS DE VAPOR;...