INSTITUTO TECNOLÓGICO
ASIGNATUR MAQUINAS DE FLUIDOS
TRABAJO: TURBINAS DE VAPOR VAPOR (UNIDAD (UNIDAD 5)
PROFESOR: ING. FEDERICO ARRENDONDO
ALUMNO: ROJAS FLORES RICARDO
INDICE
TEMA: 5 TURBINAS DE VAPOR.......... VAPOR................... .................. .................. .................. .................. ...............................3 ......................3 ................................... ......................... ......................... ........................ ........................ .................................... ........................ 3 INTRODUCCION ....................... .................................... ......................... ........................ ........................ ........................ .................... ........3 3 TEMA 5.1: CICLO RANKINE ....................... .................................... ........................ ........................ ......................... ......................... ...................................... .......................... 3 DEFINICION ........................ .................................... ........................ ........................ ........................ ................................................... ....................................... 4 EFICIENCIA ........................
TEMA 5.2: CLASIFICACION Y FUNCIONAMIENTO DE LAS TURBINAS DE VAPOR .............6 .................................... ........................ ........................ .................................................. ...................................... 6 TURBINA DE VAPOR VAPOR ........................
CLASIFICACION DE LAS TURBINAS DE VAPOR ..........................................................7 1.- Por la !r"##!$% "l &l'(o " )a*or "% "l !%+"r!or !%+"r!or " la +'r,!%a................................7 ..................................... ........................ ........................ ......................... ......................... ........................ ......................7 ..........7 RADIALES ......................... ................................... ......................... ......................... ........................ ........................ ...................................... ..........................7 7 AXIALES.......................
2.- Por ' "#a%!o " &'%#!o%a!"%+o.................................................................7 .................................... ........................ ........................ ........................ ......................... .......................... ............. 7 TURBINA A/IAL: ........................
TURBINA A/IAL DE ACCION CON ENTALPIA CONSTANTE EN ROTOR: ..................8 .................................... ........................ ....................................... ........................... 8 TURBINA A/IAL DE REACCION: ........................ .................................... ........................ ........................ ........................................... ............................... 8 TURBINA RADIALES. ........................ ..................................... ........................ ........................... ............... 8 3.- S"0% "l al+o +r!#o " l" "*ara "%:......................... .................................... ......................... ......................................8 .........................8 TURBINAS DE CONDENSACION: ........................
TURBINA DE CONTRAPRESION: ..........................................................................8 ................................... ......................... ......................... ...............................9 ...................9 TURBINA DE ESCAPE LIBRE: ....................... .................................... ......................... ......................... ....................9 ........9 TURBINA DE ACCION DE IMPULSO: ........................ .................................... ........................ ............................................... ................................... ! TURBINA DE REACCION: ........................ .................................... ........................ ........................ .......................................... ................................ ! TURBINAS MI/TAS: ........................ .................................... ........................ ........................ ........................ ................. ..... PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO ........................
BIBLIORAFIA.......................................................................................................13
TEMA: TEM A: 5 TURB T URBINA INAS S DE VAPOR INTRODUCCION
La turbina de vapor es una máquina de fluido en la que la energía de éste pasa al eje de la máquina saliendo el fluido de ésta on menor antidad de energía! La energía meánia del eje proede en la parte de la energía meánia que tenía la orriente " por otra de la energía térmia disponible transformada en parte en meánia por e#pansi$n! Esta e#pansi$n es posible por la variai$n del volumen espeífio del fluido que evoluiona en la máquina!
TEMA 5.1: 5 .1: CICLO RANKINE RANKIN E DEFINICION El ilo de Ran%ine es un ilo termodinámio que termodinámio que tiene omo objetivo la onversi$n de alor alor en en trabajo trabajo&& onstitu"endo lo que se denomina un ilo de potenia!! 'omo ualquier otro ilo de potenia& su efiienia está aotada por la potenia efiienia termodinámia de un ilo de 'arnot que 'arnot que operase entre los mismos foos térmios (límite má#imo que impone el Segundo )rinipio de la *ermodinámia+! Debe su nombre a su desarrollador& el ingeniero " físio esoés ,illiam -o.n /aquorn Ran%ine ! El ilo de Ran%ine es el ilo ideal que sirve de base al funionamiento de las entrales térmias on turbinas de vapor& las uales produen atualmente la
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ma"or parte de la energía elétria que se onsume en el mundo! La evolui$n de las entrales térmias .a estado ondiionada por la b0squeda de mejoras en el rendimiento térmio del ilo termodinámio& "a que inluso peque1as mejoras en el rendimiento signifian grandes a.orros en los requerimientos del ombustible! La idea básia detrás de todas las modifiaiones para inrementar el rendimiento de un ilo de potenia es aumentar la temperatura promedio a la ual el alor se transfiere al fluido de trabajo en la aldera& o disminuir la temperatura promedio a la ual el fluido de trabajo ede alor al ondensador!
EFICIENCIA La efiienia efiienia térmia térmia de este ilo Ran%ine ideal puede obtenerse reurriendo a la primera le" le" de de la termodinámia termodinámia!! En onseuenia2 La diferenia de entalpía en el proeso proeso iso3entr$pio iso3entr$pio 435 puede alularse a través de la e#presi$n2
El trabajo requerid requerido o por la bomba bomba es genera generalmen lmente te mu" peque1o peque1o omparad omparado o on el trabajo desarrollado trabajo desarrollado por la turbina! De aquí que la e#presi$n del rendimiento generalmente se simplifique así2
La efiienia térmia del ilo puede inrementarse aumentando la entalpía del vapor suministrado a la turbina! Di.a entalpía puede inrementarse aumentando la tempe tempera ratur tura a del del vapor vapor en la alde aldera ra!! Este Este ale alenta ntamie mient nto o pued puede e logra lograrse rse medi median ante te el empleo de un sobr obrealent lenta ador& el ual permit rmite e aumen mentar tar isobáriamente la entalpía del vapor& transformándolo en vapor sobrealentado!
El ilo Ran%ine opera on vapor& " es el utili6ado en las entrales termoelétrias! 'onsiste en alentar agua en una aldera .asta evaporarla " elevar la presi$n del vapor& que se .ae inidir sobre los álabes de una turbina& donde pierde presi$n produiendo energía inétia! )rosigue el ilo .aia un ondensador donde el fluido se li0a& para posteriormente introduirlo en una bomba que de nuevo aumentará la presi$n& " ser de nuevo introduido en la aldera!
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La representai$n en diagrama p37 de ilos en los que el fluido se vapori6a& presentan una diferenia on respeto a los ilos de gas& "a que aparee una ampana& llamada de ambio de fase! A la i6quierda i6quierda orresponde orresponde al estado líquido& en el que prátiamente no .a" modifiaiones modifiaiones de volumen& uando se aumenta su temperatura temperatura o su presi$n! )or ello las isotermas son prátiamente vertiales! A la dere.a dere.a orresponde orresponde al estado vapor& vapor& aquí el fluido se omporta omporta omo un gas& " por ello las isotermas son mu" pareidas a las de los gases ideales! Dentro de la ampana& el fluido se está evaporando& " las isotermas son .ori6ontales! .ori6ontales! Esto es así porqué dada una presi$n& el alor que se le aporta al fluido no se emplea en elevar la temperatura& sino en su evaporai$n! El rendimiento ideal de este ilo tiene es el mismo que el ilo de 'arnot& aunque no alan6a valores tan elevados!
El rendimiento ideal de este ilo tiene es el mismo que el ilo de 'arnot& aunque no alan6a valores tan elevados!
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En la transformai$n 839 aumenta la presi$n del líquido sin pérdidas de alor& por medio de un ompresor& on aportai$n de un trabajo meánio e#terno! •
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En la transformai$n 934 se aporta alor al fluido a presi$n onstante en una aldera& on lo que se evapora todo el líquido elevándose la temperatura del vapor al má#imo! La transformai$n 435 es una e#pansi$n adiabátia& on lo que el vapor a alta presi$n reali6a un trabajo en la turbina! La transformai$n 538onsiste en refrigerar el fluido vapori6ado a presi$n onstante en el ondensador .asta volver a onvertirlo en líquido& " omen6ar de nuevo el ilo!
)ara optimi6ar el aprove.amiento del ombustible& se somete al fluido a iertos proesos& para tratar de inrementar el área enerrada en el diagrama p37!
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)realentamiento del agua omprimida 53: aprove.ando el alor de los gases que salen por la .imenea de la aldera! 'on esto no se aumenta el área del diagrama& pero se redue el alor que .a" que introduir al ilo! Realentamiento del vapor que .a pasado por la turbina :3; .aiéndolo pasar por la aldera " después por otra turbina de baja presi$n!
TEMA 5.2: CLASIFICACION Y FUNCIONAMIENTO DE LAS TURBINAS DE VAPOR 6
TURBINA DE VAPOR Es una máquina motora& que transforma la energía de un flujo de vapor en energía meánia! Las turbinas de vapor están presentes en diversos ilos de potenia que utili6an un fluido que puede ambiar de fase& entre estos el más importante es el ilo Ran%ine! Las turbinas se omponen de 5 partes prinipales2 8! El ue uerp rpo o del del roto rotor r 9! La ara rasa 4! Las toberas ras 5! Los álab labes :! Su funi$n funi$n prinipal prinipal es aumentar aumentar la potenia potenia sin aumentar aumentar el audal& ni el tama1o de la máquina ni del generador de vapor! ;! Sin embargo& embargo& on veloidades veloidades de rotai$n rotai$n fijas implia implia ma"ores ma"ores diámetros diámetros " el tama1o e#esivo de la turbina! El trabajo disponible en la turbina es igual a la diferenia de entalpia entre el vapor de entrada " salida a la turbina! El .e.o de la utili6ai$n del vapor omo fluido de trabajo se debe a la elevada energía disponible por unidad de %g de fluido de trabajo! Al pasar por las toberas de la turbina& se redue la presi$n del vapor& (se e#pande+ aumentando así su veloidad!
CLASIFICACION DE LAS TURBINAS DE VAPOR 1.- P OR
LA DIRECCI4N DEL DE L FLUO DE VAPOR EN EL INTERIOR DE LA
TURBINA.
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AXIAL AXI ALES ES 2 La irulai$n de 7apor transurre paralelamente al eje de la turbina!
2.- P OR
SU MECANISMO DE FUNCIONAMIENTO .
TURBINA A/IAL: Desde el punto de vista de su funionamiento las turbinas a#iales se pueden dividir en tres lases seg0n el grado de reai$n que presentan! Se define grado de reai$n de una turbomáquina a la reai$n!
Es deir a la disminui$n de entalpia en el rotor dividida por la disminui$n de entalpia total (entalpia más energía inétia espeifia+ en el esalonamiento! Atendiendo Atendiendo a esto se tienen tienen los los tres asos asos araterístio araterístios s siguientes2 siguientes2
TURBINA A/IAL DE ACCION CON EN TA TALPIA LPIA CONSTANTE EN ROTOR: La entalpia es onstante en el rotor " se produe una e#pansi$n en el estator on aumento de la veloidad del gas! En el rotor& sin embargo& la veloidad relativa es onstante! Se produe una peque1a aída de presi$n que no provoa un aumento de la veloidad que es debida a la frii$n!
TURBINA A/IAL DE REACCION: La e#pansi$n se produe en estator " en el rotor on una disminui$n de entalpia en el estator debido a la e#pansi$n " un aumento de la veloidad! En el rotor también se produe e#pansi$n aumentando la veloidad relativa del fluido!
TURBINA RADIALES. Las turbinas radiales o mi#tas presentan la siguiente evolui$n2 en el estator se produe una e#pansi$n aumentando la veloidad& disminu"endo la entalpia! En el rotor se produe un aumento de la veloidad relativa debida a la e#pansi$n donde además se produe una aída de presi$n!
3.- S E6N
EL SALTO T7RMICO SE LE SEPARA EN :
TURBINAS DE CONDENSACION: 8
Son la de ma"or tama1o& utili6adas en entrales térmias! La presi$n de desarga puede ser inferior a la atmosféria debido a la ondensai$n del vapor de salida! Las turbinas de ondensai$n se enuentran om0nmente en plantas de potenia elétria! Estas turbinas e#pelen vapor en estado parialmente saturado& generalmente on alidad ma"or al =>? a una presi$n bastante inferior a la atmosféria .aia un ondensador! En la turbina de e#trai$n@ ondensai$n& una parte del vapor puede e#traerse en uno o varios puntos de la turbina antes de la salida al ondensador& obteniendo así& vapor al proeso a varias presiones& mientras que el resto del vapor se e#pande .asta la salida al ondensador!
TURBINA DE CONTRAPRESION: Se utili6an omo e#pansoras para reduir la presi$n del vapor generando al mismo tiempo energía! Desargan el vapor a una presi$n aun elevada& para ser utili6ada en proesos industriales! La turbinas de ontrapresi$n son más ampliamente usadas para apliaiones de vapor en proesos! La presi$n de salida es ontrolada por una válvula reguladora para satisfaer las neesidades de presi$n en el vapor del proeso! Se enuentran om0nmente en refinerías& plantas de papel " pulpa& " en las instalaiones de desalini6ai$n& desalini6ai$n& donde se dispone de grandes antidades de vapor de proeso a baja presi$n! En las turbinas de ontrapresi$n la prinipal araterístia es que el vapor& uando sale de la turbina& se envía diretamente al proeso sin neesidad de ontar on un ondensador " equipo perifério& omo torres de enfriamiento!
TURBINA DE ESCAPE LIBRE: El dimensionamiento del esape de una turbina de vapor vapor es siempre mu" importante& pero esenialmente ritio en las apliaiones de ilo ombinados! El vapor que abandona el esape de la turbina de baja presi$n .aia el ondensador ontiene una onsiderable antidad de energía inétia& u"o aprove.amiento es vital para la optimi6ai$n del ilo! El audal " la veloidad de vapor en el anillo de esape dependen de la antidad de vapor produido en la aldera de reuperai$n " de la presi$n de esape! )or ejemplo& a temperaturas inferiores a la de dise1o& tanto la potenia de la turbina de gas omo la produi$n de vapor en la aldera de reuperai$n superan ampliamente el punto de dise1o del ilo! El dise1o de la turbina de vapor " la filosofía de ontrol de la planta deberá tener en uenta todas
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estas variaiones para mantener la presi$n " la veloidad en el anillo de esape dentro de los límites ra6onables! El efeto ontrario se produe uando la temperatura de ambiente es alta! En este aso& el audal de gases de la turbina " la produi$n de vapor en la aldera de reuperai$n disminu"en onsiderablemente& " on ellos la veloidad en el anillo de esape de la turbina de vapor!
TURBINA DE ACCION DE IMPULSO: Esta turbina aprove.a la energía inétia del fluido (vapor o gases alientes a alta presi$n+ para produir trabajo! Dependiendo de su dise1o& las turbinas de impulso onstan de una o varias etapas " ada una de ellas están onstituidas por un estator " un rotor!
E TAPAS
DE IMPULSO.
El flujo a través de los alabes de la etapa de impulso se produen de tal forma que su presi$n es es prátiamente la misma a la entrada " a la salida de los alabes! Sin embargo& se produe un ambio en la direi$n del flujo que es aprove.ado para .aer girar el rotor! La primera etapa de las turbinas de impulso onsta de un estator onformado por un onjunto de toberas en las uales la alta presi$n " baja veloidad del flujo de la entrada se transforma en baja presi$n " alta presi$n de salida! Las toberas están dispuestas de tal forma que entreguen el fluido a los alabes m$viles on un ángulo definido! Dependiendo del dise1o& el estator de las etapas suesivas pueden estar onstituido por alabes fijos que ambian la direi$n del flujo para entregarlo on el ángulo adeuado al siguiente grupo de alabes m$viles o por alabes fijos que at0en omo toberas& o sea que además de ambiar la direi$n del flujo aumentan su veloidad!
TURBINA DE REACCION: Las turbinas de reai$n aprove.an la energía del fluido (vapor o gases alientes a alta presi$n+ pero a diferenia de las turbinas de impulso& su e#pansi$n ourre en los alabes fijos " en los alabes m$viles!
E+a*a " r"a##!$%:
La etapa de una turbina de reai$n está onstituida por un juego de alabes fijos o toberas " un juego de alabes m$viles! Sin embargo& ourre una aída de presi$n en los alabes m$viles que están dispuestos en forma de toberas!
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El flujo de gases o vapor que entra en los alabes fijos de una etapa de reai$n lo .ae a través de toda su irunferenia& por lo que se die que es de admisi$n total! En los alabes fijos& el fluido es aelerado mientras que su presi$n " entalpia disminu"en debido a la disposii$n de tobera de los anales formados por ada par de alabes! El flujo que sale de estos& entra al onjunto de alabes m$viles u"os anales tienen también forma de tobera& .aiendo que el fluido inremente su veloidad relativa on respeto a los alabes mientras que la presi$n " entalpia disminu"en la energía produida por el ambio en el momento de los gases& es absorbida por los alabes m$viles " transmitida al eje en forma de trabajo 0til!
TURBINAS MI/TA M I/TAS: S: Este tipo de turbina también se le onoe omo omo turbina de ai$n " reai$n porque en el eje lleva montado un tambor " en el van oloadas varias serie de paletas& de altura& forma e inlinai$n variable& lleva también otra serie de paletas análogas a los tambor& llamadas paletas fijas& guías o diretries& porque fijada a la envuelta& su misi$n es guiar o dirigir el vapor sobre las giratorias! El vapor entra por el e#tremo de la envuelta de menor diámetro " atravesando la primera orona de paleta3guía& at0a sobre la primera de paletas giratorias& .aiendo girar el tambor& pasa a la segunda orona de diretries " de aquí a la segunda de giratorias ontinuando el giro del tambor " el reorrido del vapor de uno a otro e#tremo de la turbina! Además& debido a los diferentes diferentes diámetros diámetros de de la envuelta& envuelta& alturas alturas " separaiones distintas de las paletas& el vapor se va e#pandiendo a medida que reorre la turbina! Desde las oronas de paletas3guías a las giratorias& el vapor obra por ai$n " desde las giratorias a las diretries& por reai$n& de aquí la denominai$n de turbinas de ai$n " reai$n!
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
El prinipio de funionamiento de las turbinas de vapor tiene su fundamento en el ilo termodinámio onoido omo ilo Ran%ine& a final del ual el fluido de trabajo retorna a su estado " omposii$n iniial! 'uatro proesos se distinguen en un ilo Ran%ine ideal! 839 )roeso de bombeo adiabátio " reversible!
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934 *ransferenia de alor al fluido de trabajo en una aldera a presi$n onstante 435 E#pansi$n adiabátia " reversible del fluido en la turbina! 53: *ransferenia *ransferenia de alor desde le fluido de trabajo a presi$n onstante en el ondensador!
Si los ambios en la energía inétia " potenial (presi$n " temperatura+ del fluido de trabajo no son onsiderados& el alor transferido " el trabajo pueden representarse por área en el diagrama!
El área omprendida por los puntos a3839343b3a representa el alor transferido al fluido de trabajo& mientras que el el área omprendida por lo puntos a3 8353b3a representa el alor transferido desde el sistema! El trabajo neto reali6ado esta representado por el área omprendida por los puntos 839343538 " es la diferenia entre el alor transferido al fluido de trabajo " el alor transferido desde el fluido de trabajo!
1!
A ma"or presi$n presi$n " temperatura temperatura del vapor& vapor& ma"or es la efiienia efiienia termodinámia! Se a1ade un realentamiento de vapor entre etapas de la turbinas para lograr una efiienia aun ma"or!
BIBLIO BIB LIOR RAFI AFIA A 8+ .ttp2@@!monografias!om@trabajosB@ran%@ran%!s.tml 9+ .ttp2@@eduativa!atedu!es@55B>>8;:@aula@ar.ivos@repositorio@5B:>@
[email protected]@;5C iloCdeCran%ine!.tml 4+ .ttp2@@termiastest!i%ispaes!om@9!9'LASII'A'I ?'4?=4FG)RIF'I)IHSDE
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