el trabajo corresponde a ser de Asignación de Turbinas: Turbomáquina motora, que transforma la energía de un flujo de vapor en energía mecánica a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo (entiéndase el vapor) y el rodete.

1. República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria
Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”
Extensión C.O.L – Sede Ciudad Ojeda
Asignación de Turbinas
Autor:
Br. Godoy Gustavo
CI: V- 20.455.225
Br. Ramírez María
CI: V- 20.458.942
C/46
Facilitador: Ing. Kenneth E Rosillón
Ciudad Ojeda, Mayo 2015

2. Turbomáquina motora, que
transforma la energía de un flujo
de vapor en energía mecánica a
través de un intercambio de
cantidad de movimiento entre el
fluido de trabajo (entiéndase el
vapor) y el rodete.

3. Además, tiene una serie de elementos estructurales, mecánicos y auxiliares,
como son cojinetes, válvulas de regulación, sistema de lubricación, sistema de
refrigeración, virador, sistema de control, sistema de extracción de vahos, de
aceite de control y sistema de sellado del vapor.
• El cuerpo del rotor, que
contiene las coronas giratorias
de alabes.
• La carcasa, conteniendo las
coronas fijas de toberas.
• Alabes.

4. Turbinas de acción
El cambio o salto entálpico o
expansión es realizada en los álabes
directores o las toberas de inyección
si se trata de la primera etapa de
un conjunto de turbinas, estos
elementos están sujetos al estátor.
Turbinas de reacción
La expansión, es decir, el salto
entálpico del vapor puede realizarse
tanto en el rotor como en el estátor,
cuando este salto ocurre
únicamente en el rotor la turbina se
conoce como de reacción pura neta.

5. Criterios específicos para poder seleccionar una
turbina de vapor para utilizar en alguna aplicación:
Potencia
Rendimiento
Precio
Prestigio de marca y tecnología
Madurez técnica del modelo
Adaptación del modelo a las condiciones de trabajo de la planta.

6. Disponibilidad garantizada
Tiempo de arranque
Coste del ciclo de vida
Curva de degradación de las prestaciones de la turbina con el
tiempo
Estandarización del repuesto

7. La selección de las turbinas de vapor puede hacerse siguiendo gran
cantidad de criterios por lo que se presentan los siguientes:
1. Según la forma de aprovechamiento de la energía contenida en el flujo de vapor
(reacción o acción).
2. Según el número de etapas (multietapa o monoetapa).
3. Según la dirección del flujo de vapor (axiales o radiales).
4. Según si existe o no extracción de vapor antes de llegar al escape.
5. Según la presión de salida del vapor (contrapresión, escape libre o condensación)

8. Turbinas de impulso o acción
Aprovechan la energía cinética del
fluido (vapor a alta presión) para
producir trabajo, es decir, en ellas el
vapor, una vez expansionado, obra por
su gran velocidad sobre los órganos
móviles de la turbina.

9. Turbinas de impulso o acción
En la categoría de turbinas de acción,
el eje lleva una rueda o disco con sus
paletas correspondientes, y la envuelta
las toberas por las que fluye el vapor,
ya expansionado, chocando a gran
velocidad contra las paletas de la
rueda y haciendo girar a éstas con
respecto a su eje neutro
correspondiente.

10. Turbinas de impulso o acción
Dentro de esta categoría existen variedades:
Así, por ejemplo, la rueda o disco puede llevar una, dos ó
tres coronas de paletas correspondientes a otras tantas
escalas de velocidades.
También ser la rueda única o existir dos ruedas giratorias
en las que trabaje el vapor, haciéndolo primero en una y
sucesivamente en la otra donde transforme en velocidad
la presión que aún le resta, después de trabajar en la
primera. Estas turbinas se dice tienen escalas de presión y
de velocidad.

11. Turbinas 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.

12. Turbinas de vapor de reacción
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.

13. Turbina de vapor con una sola etapa
Se utilizan para turbinas de hasta 2 MW de potencia, son
de simple construcción, más robustas, seguras, de
menores costes de instalación y mantenimiento que las
multietapa.

14. Turbina de vapor de 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 de chorro de vapor.
Si tenemos una presión de vapor muy
elevada sin las etapas necesarias, sería
necesario que la turbina girase a una
velocidad muy alta, que no sería viable
mecánicamente por las dimensiones que
debería tener el reductor.

15. Turbina de vapor de multietapa
Estas turbinas consiguen mejores rendimientos,
pueden absorber flujos de vapor de mucha mayor
presión, por lo que se utilizan para turbinas de alta
potencia.

16. Turbina de vapor de flujo radial
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.

17. Turbina de vapor de flujo axial
Es el método más utilizado, el paso de vapor se
realiza siguiendo un cono que tiene el mismo eje
que la turbina.

18. Turbina de vapor con extracción
Realizado en etapas de alta
presión, enviando parte del
vapor de vuelta a la caldera
para sobrecalentarlo y
reenviarlo a etapas intermedias
o derivaciones para otros
procesos.

19. Turbina de vapor con contrapresión
La presión del vapor a la salida de la
turbina es superior a la atmosférica,
suele estar conectado aun
condensador inicial que condensa al
vapor, obteniéndose agua caliente o
sobrecalentada, que permite su
aprovechamiento térmico posterior.

20. Turbina de vapor con condensación
El vapor sale a una 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 utiliza en turbinas de
gran potencia que buscan un alto
rendimiento

21. Ciclos de potencia de vapor
El vapor es el fluido de trabajo más empleado en los ciclos de potencia
de vapor gracias a sus numerosas ventajas, como bajo costo,
disponibilidad y alta entalpía de vaporización. Otros fluidos de trabajo
incluyen al sodio, el potasio y el mercurio en aplicaciones de alta
temperatura. El objetivo principal de una planta de potencia de vapor
es producir energía eléctrica.
El ciclo de Carnot no es un modelo adecuado para los ciclos de
potencia de vapor porque no se puede alcanzar en la práctica. El ciclo
modelo para los ciclos de potencia de vapor es el ciclo Rankine.

22. El Ciclo Rankine
El ciclo Rankine es el ciclo ideal para las plantas de potencia de vapor. El
ciclo ideal Rankine, no incluye ninguna irreversibilidad interna y está
compuesto por los siguientes cuatro procesos reversibles:
1-2 Compresión isoentrópica en una bomba.
2-3 Adición de calor a presión constante en una caldera.
3-4 Expansión isoentrópica en una turbina.
4-5 Rechazo de calor a presión constante en un condensador.

23. El ciclo ideal Rankine simple.

24. Análisis de energía del ciclo ideal Rankine
Los componentes del ciclo Rankine (bomba, caldera, turbina y
condensador) son dispositivos de flujo estacionario. Los cambios en
la energía cinética y potencial del vapor suelen ser pequeños
respecto de los términos de trabajo y de transferencia de calor y,
por consiguiente, casi siempre se ignoran. Por lo tanto, se aplican
las ecuaciones 2.62 y 2.63 que corresponden a la ecuación de
conservación de la masa y a la de conservación de la energía para
flujo estacionario.

25. Para la caldera:
Para la turbina:
Para el condensador:
Para la bomba:
Por ser el proceso en la bomba, adiabático reversible, se puede utilizar la
ecuación 2.120, resultando sencilla la integración ya que el volumen
específico del fluido en una bomba, se puede considerar constante. Se
escoge como volumen específico el volumen del líquido saturado a la entrada
de la bomba:

26. Ciclo De Potencia De Vapor Real
En el ciclo real se consideran las irreversibilidades en diversos
componentes. La fricción del fluido y las pérdidas de calor
indeseables hacia los alrededores son las dos fuentes más
comunes de irreversibilidades.
De particular importancia son las irreversibilidades que
suceden dentro de la bomba y la turbina. Una bomba
requiere una entrada de trabajo mayor, y una turbina produce
una salida de trabajo más pequeña como consecuencia de las
irreversibilidades. En condiciones ideales, el flujo por estos
dispositivos es isoentrópico. La desviación de las bombas y
turbinas reales de las isoentrópicas se compensa exactamente
empleando eficiencias adiabáticas, definidas como

27. Para la bomba
Para la turbina
Donde los estados 1r y 3r son los estados de salida
reales de la bomba y la turbina respectivamente, 1i y 3i
son los estados correspondientes para el caso
isoentrópico.

28. Efecto de las irreversibilidades en el ciclo ideal Rankine

29. Eficiencia Térmica del Ciclo
La eficiencia térmica del ciclo es la eficiencia para una
máquina térmica.

30. Incremento de la eficiencia del ciclo Rankine
La eficiencia térmica del ciclo Rankine se incrementa elevando la temperatura
promedio a la cual se añade calor al fluido de trabajo y/o disminuyendo la
temperatura promedio a la cual se rechaza el calor hacia el medio de enfriamiento,
como un lago o un río. La temperatura promedio durante el rechazo de calor se
reduce bajando la presión de salida de la turbina. En consecuencia, la presión del
condensador esta bastante por debajo de la presión atmosférica es decir corresponde
a presión de vacío. La temperatura promedio durante la adición de calor se
incrementa elevando la presión de la caldera o sobrecalentando el fluido altas
temperaturas. Sin embargo, hay un límite para el grado de sobrecalentamiento,
puesto que no se permite que la temperatura del fluido exceda un valor
metalúrgicamente seguro.

31. Ciclo Ideal Rankine con recalentamiento
El sobrecalentamiento tiene la ventaja adicional de disminuir el contenido de
humedad del vapor a la salida de la turbina. Sin embargo, al disminuir la presión de
escape o elevar la presión de la caldera se aumenta el contenido de humedad. Para
aprovechar las mejores eficiencias a presiones más altas en la caldera y presiones
menores en el condensador, el vapor suele recalentarse después de que se expande
parcialmente en la turbina de alta presión. Esto se logra recalentando el vapor
nuevamente en la caldera, después de haberse expandido en la turbina de alta
presión. El vapor recalentado sale de la caldera y se expande en la turbina de baja
presión hasta la presión del condensador. El recalentamiento disminuye el contenido
de humedad a la salida de la turbina.

32. Ciclo Ideal Rankine con Regeneración
Otra manera de aumentar la eficiencia térmica del ciclo Rankine es por medio de la
regeneración. Durante un proceso de este tipo, el agua líquida (agua de
alimentación ) que sale de la bomba se calienta mediante algo de vapor extraído de
la turbina a cierta presión intermedia en dispositivos denominados calentadores de
agua de alimentación. Las dos corrientes se mezclan en calentadores de agua de
alimentación abiertos, y la mezcla sale como un líquido saturado a la presión del
calentador. En calentadores de agua de alimentación cerrados, el calor se transfiere
del vapor al agua de alimentación sin mezcla. Por tanto, un calentador de agua de
alimentación abierto es, en esencia, una cámara de mezcla, y un calentador de
agua de alimentación cerrado es un intercambiador de calor.

33. Fig. El ciclo ideal Rankine con recalentamiento.

34. Fig. El ciclo ideal Rankine regenerativo con un calentador de
agua de alimentación abierto.

35. Fig. El ciclo ideal Rankine regenerativo con un calentador de
agua de alimentación cerrado.