Turbinas

TURBINAS DE VAPOR

Tipos y principios fundamentales: Las turbinas son máquinas de flujo permanente, en las cuales el vapor entra por las toberas y se expansiona hasta una presión más pequeña. Al hacerlo el chorro de vapor adquiere una gran velocidad. Parte de ka energía cinética de este chorro es cedida a los álabes de manera que el chorro de agua cede energía a los cangilones de una ruedahidráulica.
Las turbinas que utilizan el impulso del chorro para mover los álabes se denominan turbinas de acción. En ellas las toberas son fijas y van montadas sobre el bastidor.
Pero también es posible construir la turbina de manera que los espacios comprendidos entre los álabes tengan la forma de toberas. En este caso la reacción ejercida sobre estas toberas por el vapor saliente hace girar elrodete.

Este principio es el que se caracteriza una turbina de acción pura. Tanto a las turbinas de acción como de reacción es aplicable la ley de Newton del movimiento, la cual dice que a cada acción corresponde una reacción igual y en sentido contrario.

Flujo de vapor en las toberas: En una turbina el vapor se dirige permanentemente de las toberas, o pasos-guía, a los álabes uniformementerepartido en la periferia del rodete. La transformación de energía se lleva cabo mediante fuerzas ejercidas sobre los álabes del rodete, a causa de los cambios de cantidad de movimiento del vapor al pasar a través de los canales de los álabes. De esta forma la entalpía se convierte en energía cinética a medida que el vapor circula por la tobera. En una turbina ideal toda variación de entalpía delvapor aparece en forma de energía cedida al eje. La turbina ideal tiene, por consiguiente, interés al estudiar la velocidad que adquiere el chorro de vapor, su comportamiento y las dimensiones de la tobera requerida.
Sea la figura. En ella los puntos 1, 0 y 2 señalan la entrada, cuello (o estrangulación) y salida, respectivamente, de la tobera por cuyo interior el vapor s mueve con régimenpermanente. A medida que el vapor pasa de 1 a 0 y de 0 a 2 se desplaza de una región elevada presión a otra de presión más pequeña, y como su volumen aumenta, cada elemento se acelera por la expansión de los elementos de vapor que le siguen. La ecuación de continuidad es, pues, aplicable es decir,

en donde V2 es la velocidad en m/seg. Adquirida como consecuencia de la variación de entalpía. Puesto queg= 9.81m/seg2, resulta

Proporciones de la tobera. Al proyectar una tobera ideal para una expansión de entropía constante, puede calcularse el área de la sección recta en cualquier punto n utilizando la ecuación de continuidad es decir,

FIG. Relaciones propias de las Toberas

Según esto el área de la sección recta de la tobera en un punto cualquiera es función del volumen, de la velocidady de la masa de vapor que pasa por ella. Cuando la evolución del vapor adiabática y se realiza sin rozamientos, la entropía del vapor en un punto cualquiera de la tobera es igual a la entropía inicial. Al proyectar una tobera de turbina es preciso escoger un área para la sección recta correspondiente a la garganta tal, que pueda pasar la cantidad de vapor requerida con la caida de presiónprevista, toda vez que la velocidad viene determinada por dichacaída de presión. Esto se hace trabajando sobre la base de 1 Kg de vapor, debido a que las fórmulas, tablas y gráficos están referidos a dicha unidad.

La figura 142 representa las relaciones que existen entre las areas de las secciones rectas (A), velocidades del vapor (V) y volúmenes específicos (v ), para una tobera ideal. En dichafigura, se observa que al principio la velocidad del vapor aumenta rápidamente, si bien los volúmenes correspondientes aumentan en menor proporción. Debido a que el flujo de masa ( m ) es constante, y
V/v =m /A, resulta que A tiene que disminuir hasta que el flujo alcanza la sección para la cual el régimen de aumento de volumen es igual al de aumento de velocidad. En dicha sección V/v es máximo...