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Tipos Turbinas de Vapor
Primeras turbinas de vapor:
Históricamente, las primera
turbina de vapor de
la que se tiene constancia fue construida por Herón de Alejandría alrededor del año 175 A. C., la
cual consistía en un
esfera metálica con dos toberas en sus polos y orientadas en el mismo
sentido
por donde escapaba el vapor. La esfera giraba diametralmente, apoyada
sobre la
caldera por los conductos de entrada del vapor
Hasta 1629 no se tiene
constancia de un nuevo
diseño independiente de una turbina de vapor, Giovanni Brance utilizo
un chorro
de vapor para impulsar el giro de una rueda de molino de agua, aunque
no logro
aplicarlo a ningún uso industrial útil.
La primera aplicación
industrial para una
turbina de vapor fue patentada en Suecia por De Laval en 1878 y
consistía en
una maquina centrifuga desnatadora
que revolucionó la producción de leche, impulsada por vapor.
El último impulso para la
utilización de las
turbinas de vapor con fines industriales y comerciales lo dio Charles Algernon Parsons en 1884, con el diseño y
construcción de una turbina de vapor de alta velocidad que podía a
alcanzar
hasta 18.000 rpm. A principios del siglo veinte la mayoría de barcos
modernos eran
ya equipados con este tipo de motor.
Tipos de turbinas de vapor:
La clasificación de las
turbinas de vapor puede
hacerse según la forma de aprovechamiento de la energía contenida en el
flujo
de vapor (reacción o acción), según el número de etapas (multietapa o
monoetapa), según la dirección del flujo de vapor (axiales o radiales),
si
existe o no extracción de vapor antes de llegar al escape y por último
por la
presión de salida del vapor (contrapresión, escape libre o
condensación).
-Turbina
de vapor de reacción: En
la turbina de reacción la energía mecánica se obtiene de la aceleración
del vapor en expansión. Las turbinas de este tipo cuentan con dos
grupos de
palas, unas móviles y las otras fijas. Las palas fijas están colocadas
de forma
que cada par actúa como una boquilla a través de la cual pasa el vapor
mientras
se expande, llegando a las palas de las turbinas de reacción, que se
montan en
un tambor que actúa como eje de la turbina.
En la turbina
de reacción se produce un escalonamiento de velocidad. Este
escalonamiento
consiste en producir una gran caída de presión en un grupo de toberas y
utilizar la velocidad resultante del vapor en tantos grupos de alabes
como sea
necesario mediante un juego de enderezadores reorientando el vapor de
salida de
la primera etapa para que entre en un segundo rodete.
Se denomina
grado de reacción a la fracción de la expansión producida en la corona
móvil
respecto a la total, un grado de reacción 1 índica que la turbina es de
reacción
pura, mientras que para el valor cero será una turbina de vapor de
acción.
-Turbina
de vapor de acción: Una turbina de vapor de acción con un
escalonamiento de velocidad consta fundamentalmente de:
-Un distribuidor fijo,
compuesto por una o varias
toberas, cuya misión es transformar la energía térmica del vapor puesta
a su
disposición, total (acción), o parcialmente (reacción), en energía
cinética.
-Una corona móvil,
fija sobre un eje, cuyos álabes
situados en la periferia tienen por objeto transformar en energía
mecánica de
rotación, la energía cinética puesta a su disposición.
Su
funcionamiento consiste en impulsar el vapor a través de las toberas
fijas
hasta alcanzar las palas, que absorben una parte de la energía cinética
del
vapor en expansión, lo que hace girar el rotor y con ella el eje al que
esta unida.
Las turbinas de acción habituales tienen varias etapas, en las que la
presión
va disminuyendo de forma escalonada en cada una de ellas.
-Turbina
monoetapa: Se utilizan para turbinas de hasta 2 MW de
potencia, al ser de mas simple
construcción son las mas robustas y seguras, además de acarrear menores
costes
de instalación y mantenimiento que las multietapa.
-Turbina
multietapa: El objetivo de los escalonamientos en la
turbina
de vapor es disminuir la velocidad del rodete conservando una velocidad
de los
alabes próxima al valor optimo con relación a la velocidad del chorro
de vapor.
Si tenemos una presión de vapor muy elevada sin las etapas necesarias,
seria
necesario que la turbina girase a una velocidad muy alta, que no sería
viable
mecánicamente por las dimensiones que debería tener el reductor (caja
de
engranajes que ajustaría la velocidad final del eje a la deseada).
Consiguen mejores rendimientos
que las
monoetapa, además pueden absorber flujos de vapor de mucha mayor
presión, por
lo que se utilizan para turbinas de alta potencia. Suelen utilizarse
turbinas
mixtas, con las primeras etapas de acción y las finales de reacción.
-Turbina
de flujo axial: Es el método mas utilizado, el paso de vapor se
realiza siguiendo un cono que tiene el mismo eje que la turbina.
-Turbina
de flujo radial: El paso de vapor se realiza siguiendo todas las
direcciones perpendiculares al eje de la turbina.
-Turbina
con extracción de vapor: Se realiza en etapas de alta
presión, enviando
parte del vapor de vuelta a la caldera para sobrecalentarlo y
reenviarlo a
etapas intermedias. En algunas ocasiones el vapor también puede ser
extraído de
alguna etapa para derivarlo a otros procesos industriales.
-Turbina
de contrapresión: La presión del vapor a la salida de la turbina
es superior a la atmosférica, suele estar conectado a un condensador
inicial
que condensa al vapor, obteniéndose agua caliente o sobrecalentada, que
permite
su aprovechamiento térmico posterior.
-Turbinas
de condensación: El vapor sale auna presión inferior a la
atmosférica, en este diseño existe un mayor aprovechamiento energético
que a
contrapresión, se obtiene agua de refrigeración de su condensación.
Este diseño
se utilizan en turbinas de gran potencia que buscan un alto rendimiento.
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