Turbinas De Vapor
Páginas: 6 (1349 palabras)
Publicado: 7 de agosto de 2011
CURVAS Y RENDIMIENTOS DE TURBINAS DE VAPOR.
La mayoría de las Turbinas de Vapor son del tipo axial, y el fluído de trabajo es comúnmente el vapor de agua, por obvias razones económicas y técnicas. Ofrecen una mayor relación potencia/tamaño en comparación con máquinas alternativas, de combustión interna.
* Turbina de acción de una etapa: Turbina de Laval (Church).
La turbina de acción de unaetapa es descendiente directa de las turbomáquinas hidráulicas, en particular de la turbina Pelton. En su forma más sencilla consiste en una o más toberas convergentes si son subsónicas, convergente-divergentes si son supersónicas) y una rueda de paletas.
En este caso idealizado, el cambio de entalpía tiene lugar en la tobera, acompañado de una caída de presión estática y aumento de velocidadabsoluta V. En la rueda móvil la presión y la densidad volumen específico v) permanecen constantes, y la velocidad absoluta disminuye. El cambio en dirección y magnitud de la velocidad absoluta causa la aparición de una fuerza en la paleta móvil, que origina el torque y la potencia entregada por la turbina.
La transformación en la turbina se representa en el diagrama i-s como muestra:
*Las pérdidas en la tobera se indican con Δi y en la rueda móvil con Δif.
Se nota que al no haber cambio de presión no cambia la velocidad relativa W, y, al ser la paleta simétrica, las velocidades relativas son simétricas respecto a U.
La eficiencia en éste caso se calcula con la fórmula cuya gráfica se muestra a continuación:
El rendimiento periférico representa cuánto del salto entálpicodisponible se transmite al rotor. El máximo es menor que el de la turbina simple de paleta curva de 180 grados (Unidad 1) por la necesidad de ingresar el fluído con un ángulo de entrada α1.
Turbinas de acción multietapa
* Escalonamientos
Para obtener mayores potencias sin aumentar desmedidamente el caudal de vapor (y por lo tanto el tamaño de la máquina y del generador de vapor) esnecesario aumentar el salto entálpico, es decir, la presión del vapor. Al hacer esto, se aumenta la velocidad absoluta de entrada C1.
Como C1 se compone con U para dar la velocidad relativa W1, que debe tener el ángulo de la paleta, rápidamente se llega a ángulos de paleta muy pequeños y velocidades relativas muy altas, lo que causa grandes pérdidas por rozamiento en la paleta móvil.
Otra solución esincrementar U para que no disminuya tanto el ángulo. Pero como la aplicación más frecuente de las turbinas de vapor es para la generación de electricidad, la velocidad de rotación de la turbina está fijada por la del alternador, para producir corriente alterna de 50 (o 60 en los EEUU) ciclos: 3000, 1500, etc. rpm (3600, 1800, etc). Con velocidades de rotación fijas, mayores U implican mayoresdiámetros, y el tamaño de la turbina resulta excesivo por razones mecánicas (fuerzas centrífugas, creep, balanceo dinámico).
Se apela entonces a la solución de dividir el salto entálpico en dos o más etapas, lo que se denomina escalonamiento.
Al planear el escalonamiento se puede elegir entre dividir la caída de velocidad absoluta entre dos o más ruedas móviles, o bien dividir la caída de presiónestática entre dos o más ruedas fijas. El primero es el escalonamiento tipo Curtis y el segundo el escalonamiento tipo Rateau.
* Turbina Curtis.
Para una Turbina Curtis de dos etapas: las velocidades relativas W son constantes en las ruedas móviles, como corresponde a una turbina de acción, ya que la presión no cambia en las ruedas móviles. Al ser una turbina tipo Curtis, la presión tampococambia en la segunda rueda fija, ya que lo que se escalona es la velocidad absoluta. En la primera rueda móvil la velocidad absoluta sólo cae parte del total, y cae el resto en la segunda rueda móvil.
La caída de entalpía tiene lugar en la primera tobera, y en las tres ruedas hay incrementos de entalpía y entropía debido a la fricción.
En éste tipo de escalonamiento la fórmula para calcular...
La mayoría de las Turbinas de Vapor son del tipo axial, y el fluído de trabajo es comúnmente el vapor de agua, por obvias razones económicas y técnicas. Ofrecen una mayor relación potencia/tamaño en comparación con máquinas alternativas, de combustión interna.
* Turbina de acción de una etapa: Turbina de Laval (Church).
La turbina de acción de unaetapa es descendiente directa de las turbomáquinas hidráulicas, en particular de la turbina Pelton. En su forma más sencilla consiste en una o más toberas convergentes si son subsónicas, convergente-divergentes si son supersónicas) y una rueda de paletas.
En este caso idealizado, el cambio de entalpía tiene lugar en la tobera, acompañado de una caída de presión estática y aumento de velocidadabsoluta V. En la rueda móvil la presión y la densidad volumen específico v) permanecen constantes, y la velocidad absoluta disminuye. El cambio en dirección y magnitud de la velocidad absoluta causa la aparición de una fuerza en la paleta móvil, que origina el torque y la potencia entregada por la turbina.
La transformación en la turbina se representa en el diagrama i-s como muestra:
*Las pérdidas en la tobera se indican con Δi y en la rueda móvil con Δif.
Se nota que al no haber cambio de presión no cambia la velocidad relativa W, y, al ser la paleta simétrica, las velocidades relativas son simétricas respecto a U.
La eficiencia en éste caso se calcula con la fórmula cuya gráfica se muestra a continuación:
El rendimiento periférico representa cuánto del salto entálpicodisponible se transmite al rotor. El máximo es menor que el de la turbina simple de paleta curva de 180 grados (Unidad 1) por la necesidad de ingresar el fluído con un ángulo de entrada α1.
Turbinas de acción multietapa
* Escalonamientos
Para obtener mayores potencias sin aumentar desmedidamente el caudal de vapor (y por lo tanto el tamaño de la máquina y del generador de vapor) esnecesario aumentar el salto entálpico, es decir, la presión del vapor. Al hacer esto, se aumenta la velocidad absoluta de entrada C1.
Como C1 se compone con U para dar la velocidad relativa W1, que debe tener el ángulo de la paleta, rápidamente se llega a ángulos de paleta muy pequeños y velocidades relativas muy altas, lo que causa grandes pérdidas por rozamiento en la paleta móvil.
Otra solución esincrementar U para que no disminuya tanto el ángulo. Pero como la aplicación más frecuente de las turbinas de vapor es para la generación de electricidad, la velocidad de rotación de la turbina está fijada por la del alternador, para producir corriente alterna de 50 (o 60 en los EEUU) ciclos: 3000, 1500, etc. rpm (3600, 1800, etc). Con velocidades de rotación fijas, mayores U implican mayoresdiámetros, y el tamaño de la turbina resulta excesivo por razones mecánicas (fuerzas centrífugas, creep, balanceo dinámico).
Se apela entonces a la solución de dividir el salto entálpico en dos o más etapas, lo que se denomina escalonamiento.
Al planear el escalonamiento se puede elegir entre dividir la caída de velocidad absoluta entre dos o más ruedas móviles, o bien dividir la caída de presiónestática entre dos o más ruedas fijas. El primero es el escalonamiento tipo Curtis y el segundo el escalonamiento tipo Rateau.
* Turbina Curtis.
Para una Turbina Curtis de dos etapas: las velocidades relativas W son constantes en las ruedas móviles, como corresponde a una turbina de acción, ya que la presión no cambia en las ruedas móviles. Al ser una turbina tipo Curtis, la presión tampococambia en la segunda rueda fija, ya que lo que se escalona es la velocidad absoluta. En la primera rueda móvil la velocidad absoluta sólo cae parte del total, y cae el resto en la segunda rueda móvil.
La caída de entalpía tiene lugar en la primera tobera, y en las tres ruedas hay incrementos de entalpía y entropía debido a la fricción.
En éste tipo de escalonamiento la fórmula para calcular...
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