Turbinas de vapor

Tanto la industria de energía eléctrica como la industria de procesos químicos necesitan una variedad de aparatos para propulsión de equipo que incluyen: turbinas de vapor, turbinas de gas, motores eléctricos, turbinas hidráulicas, turboexpansores, así como motores de combustión interna a gasolina y diesel. Sin embargo las turbinas de vapor, de gas y los motores eléctricos son los quepredominan en la mayor parte de estas industrias ya sea por la confiabilidad, la capacidad, la variación de velocidad y la posibilidad de ahorro de energía por lo que hace recomendable a la turbina de vapor en muchos procesos en la propulsión de movimiento de bombas, ventiladores, sopladores, compresores donde también se emplea a menudo en los generadores eléctricos ya sea para plantas de procesos o enla generación de energía eléctrica primaria.

Mientras la máquina de vapor inventada por el ingeniero escocés James Watt, utilizaba la presión del vapor del agua, los últimos desarrollos hacen que la turbina de vapor aproveche también la energía cinética de éste, por lo que aumenta el rendimiento de trabajo generado por el calor disponible en la máquina térmica o turbina.
La turbina devapor fue el resultado del trabajo de una serie de inventores a finales del siglo XIX, entre los que destacaron Charles Parsons, responsable del denominado principio de escalones, mediante el cual se aprovecha la variación de energía interna del vapor al expandirse en varias fases, y Carl De Laval, quien fue el primero en diseñar chorros y palas (toberas y álabes) adecuados para el uso eficiente dela expansión del vapor.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.

Su funcionamiento se basa en el principio de la Termodinámica (primera ley), según el cual, cuando el vapor se expande reduciendo la energía interna y transformándose en energía cinética de las partículas de vapor. Dichas partículas, de tamaño muy reducido, adquieren velocidades de hasta 2.900 km/h por lo que al llegar a los álabes de laturbina, le transmiten una energía de rotación muy alta.

La función principal de la turbina, es transformar la mayor cantidad posible de energía disponible que posee el vapor en energía cinética. Se entiende por energía, el máximo trabajo que sería capaz de producir el vapor, entre las presiones de entrada y salida de la turbina. Otra misión importante que pueden cumplir las turbinas, es la dedirigir de la manera más conveniente el flujo o chorro de vapor sobre las paletas o aspas móviles(álabes) de la turbina.

Una turbina ideal, con un rendimiento máximo, es aquella que realiza un proceso reversible; para ello es necesario eliminar las perdidas debido al choque del vapor por flujo turbulento (las perdidas es igual a cero). Esto se lograría, dando a la turbina una superficiecompletamente lisa y diseñando sus curvaturas de tal forma que el flujo sea laminar; además el proceso debe ser adiabático.

COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA TURBINA DE VAPOR

• Carcaza
• Tobera
• Árboles y cojinetes
• Ruedas y álabes
• Válvulas reguladoras y boquillas

La carcaza forma el cuerpo de la turbina, suelen estar divididas horizontalmente en la mitad de centros del árbol o eje derotación de la misma. En las de tamaño pequeño se utilizan carcazas de tipo vertical (hasta de 100 hp).
Las toberas o boquillas es uno de los componentes principales de la turbina; es un ducto de área de sección transversal uniformemente variable donde pasa un flujo de vapor necesario con una velocidad y presión de entrada y a la salida con una velocidad mayor y presión menor , transformándosesu energía potencial (T y P mayor) en energía cinética. Suelen estar en la mitad inferior de la carcaza, con aberturas múltiples en un anillo semicircular o como toberas individuales, separadas en la periferia de la carcaza.
Los árboles y cojinetes son los elementos mecánicos de la turbina donde el árbol o flecha (rotor) se asienta en los cojinetes girando sobre su superficie.
Las ruedas y...