El documento describe los diferentes tipos de turbinas, incluyendo turbinas hidráulicas como las turbinas Kaplan, Francis y Pelton, así como turbinas térmicas como las turbinas de vapor y de gas. Explica brevemente el funcionamiento de cada tipo y sus aplicaciones comunes.

1. 1
INDICE
INTRODUCCION ....................................................................................................................... 2
ANTECEDENTES......................................................................................................................... 3
DEFINICION............................................................................................................................... 5
TIPOS DE TURBINAS................................................................................................................... 6
TURBINASDE ACCION ……………………………………………………………………………………………………………………6
TURBINASDE REACCION………………………………………………………………………………………………………………..6
TURBINASDE KAPLAN……………………………………………………………………………………………………………………8
TURBINASDE HELICE…………………………………………………………………………………………………………………….8
TURBINASPELTON……………………………………………………………………………………………………………………….8
TURBINASFRANCIS………………………………………………………………………………………………………………………8
TURBINASTERMINCA…………………………………………………………………………………………………………………9
TURBINASA VAPOR…………………………………………………………………………………………………………………...9
TIPOS……………………………………………………………………………………………………………………………………….10
TIPOSDE ACCION…………………………………………………………………………………………………………………….10
TIPOSDE REACCION………………………………………………………………………………………………………………..11
FUNCIONAMIENTODETURBINAS DE VAPOR…………………………………………………………………………12
TIPOSDE TURBINASDE VAPOR………………………………………………………………………………………………12
TURBINASA GAS…………………………………………………………………………………………………………………..15
TUBINASA REACCION…………………………………………………………………………………………………………..16
TURBINASA ALTA PRESION…………………………………………………………………………………………………..16
TURBINA MEDIA……………………………………………………………………………………………………………………16
TURBINA A BAJA PRESION……………………………………………………………………………………………………..17
TURBINA EOLICA……………………………………………………………………………………………………………………17
TURBINASDE EJE VERTICAL……………………………………………………………………………………………………19

2. 2
VENTAJASDELOS VERTICALES…………………………………………………………………………………………………20
DESVENTAJAS…………………………………………………………………………………………………………………………..20
TURBINASDE EJE HORIZONTAL…………………………………………………………………………………………………21
MOLINO DE VIENTO…………………………………………………………………………………………………………………21
AEROGENERADOR……………………………………………………………………………………………………………………21
VENTAJASDELA TURBINAS HORIZANTAL…………………………………………………………………………………22
DESVENTAJAS…………………………………………………………………………………………………………………………..23
TURBINASSUBMARINA…………………………………………………………………………………………………………….23
AVANCESEN EL DISEÑO DE TURBINAS……………………………………………………………………………………..24
PERFORACION A TURBINAS……………………………………………………………………………………………………..25
VENTAJAS………………………………………………………………………………………………………………………………...25
DIFERENCIA………………………………………………………………………………………………………………………………27
CONCLUSIONES…………………………………………………………………………………………………………………………28
BIBLIGRAFIA…………………………………………………………………………………………………………………………….29

3. 3
TURBINAS
INTRODUCCION
Las turbinas son máquinas que desarrollan potencia en el eje como resultado
de la variación de la cantidad de movimiento del fluido que pasa a través de ellas.
Dicho fluido puede ser un gas, vapor o líquido, si bien las notas que se dan a
continuación son aplicables a turbinas que operan con gas o vapor. Para que el
fluido alcance la alta velocidad requerida para que se produzcan variaciones útiles
en el momento, debe haber una diferencia importante entre la presión a la entrada
a la turbina y la de escape.
Como fuentes de gas presurizado cabe mencionar un gas previamente
comprimido y calentado, como sería el caso de una turbina de gas
Un suministro de energía fiable, ecológico y al menor coste posible es
esencial. Las turbinas han evolucionado mucho desde que surgieron como unas
simples ruedas, después empezaron a conectarse a otros aparatos para utilizarse
con máquinas pero aquí no se detuvo su evolución y siguió evolucionando hasta
las centrales eléctricas de hoy en día.

4. 4
ANTECEDENTES
Los antiguos romanos y griegos aprovechaban ya la energía del agua; utilizaban
ruedas hidráulicas para moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear
esclavos y animales de carga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo XII.
Durante la edad media, las grandes ruedas hidráulicas de madera desarrollaban
una potencia máxima de cincuenta caballos. La energía hidroeléctrica debe su
mayor desarrollo al ingeniero civil británico John Smeaton, que construyó por vez
primera grandes ruedas hidráulicas de hierro colado.
La hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante la Revolución Industrial.
Impulsó las industrias textil y del cuero y los talleres de construcción de máquinas
a principios del siglo XIX. Aunque las máquinas de vapor ya estaban
perfeccionadas, el carbón era escaso y la madera poco satisfactoria como
combustible. La energía hidráulica ayudó al crecimiento de las nuevas ciudades
industriales que se crearon en Europa y América hasta la construcción de canales
a mediados del siglo XIX, que proporcionaron carbón a bajo precio.
Hacia el siglo II d.C. se empezó a utilizar en las regiones montañosas la rueda
hidráulica de empuje superior. En este caso, el agua se vertía sobre las palas
desde arriba, y se obtenía energía adicional de la inercia del agua en su caída. En
la edad media la potencia máxima de la rueda, fabricada con madera, aumentó de
3 a 50 CV.
La transición de la rueda hidráulica a la turbina es sobre todo semántica. El primer
intento de formular la base teórica para el diseño de ruedas hidráulicas en el siglo
XVIII corresponde al ingeniero civil británico John Smeaton, que demostró que la
rueda de empuje superior era más eficaz. Sin embargo, el ingeniero militar francés
Jean Victor Poncelet diseñó una rueda de empuje inferior cuyas palas curvadas
aumentaban el rendimiento casi un 70%. El uso de esta máquina se extendió
rápidamente. Otro ingeniero militar francés, Claude Burdin, inventó el término
turbina, como parte de un análisis teórico en que se daba una gran importancia a
la velocidad de rotación. Benoit Fourneyron, un alumno de Burdin en la Escuela de

5. 5
Minería de Saint Étienne, diseñó y construyó ruedas que alcanzaban velocidades
de rotación de 60 rpm (revoluciones por minuto) o más y que proporcionaban
hasta 50 CV en las factorías metalúrgicas francesas. Por último, Fourneyron
construyó turbinas que trabajaban a 2.300 rpm, desarrollando 60 CV y un
rendimiento de más del 80%. A pesar de esta eficiencia excepcional, la turbina de
Fourneyron tenía algunos inconvenientes causados por el flujo centrífugo del agua
que la atravesaba. Esto provocaba problemas si se reducía el flujo de agua o su
carga. El ingeniero estadounidense nacido en Gran Bretaña James B. Francis
diseñó una turbina en la que el flujo se producía hacia el interior. La llamada
turbina de reacción o turbina Francis se convirtió en la turbina hidráulica más
utilizada con presiones de agua, o alturas de caída, equivalentes a una columna
de agua de 10 a 100 m. Este tipo de turbina funciona debido a la expansión del
agua mientras fluye a través de los espacios entre las palas, lo que produce una
fuerza neta, o reacción, con un componente tangencial que pone la rueda en
movimiento.
La rueda Pelton, cuyo nombre proviene del ingeniero estadounidense Lester Allen
Pelton, se empezó a aplicar durante la segunda mitad del siglo XIX, en
instalaciones donde la presión del agua era equivalente a una columna de agua de
entre 90 y 900 m. En este tipo de turbinas el agua se conduce desde un depósito a
gran altura a través de un canal o una conducción forzada hasta una boquilla
eyectora que convierte la energía cinética del agua en un chorro a presión. Dado
que la acción de la rueda Pelton depende del impulso del chorro sobre ella, en
lugar de la reacción del agua en expansión, este tipo de turbina se denomina
también turbina de acción. El aumento de las necesidades de energía
hidroeléctrica durante los albores del siglo XX puso de manifiesto la necesidad de
turbinas que pudieran aprovechar caídas de agua de 3 a 9 m, que podrían
utilizarse en muchos ríos construyendo pequeños embalses de agua. En 1913, el
ingeniero austriaco Viktor Kaplan planteó por primera vez la turbina de hélice, que
actúa al contrario que la hélice de un barco. Kaplan mejoró la turbina haciendo que
las palas pudieran pivotar sobre su eje. Los distintos ángulos de las palas
aumentaban el rendimiento ajustando el ángulo al volumen de la caída de agua.

6. 6
DEFINICION
Motor rotativo que convierte en energía mecánica la energía de una corriente de
agua, vapor de agua o gas. El elemento básico de la turbina es la rueda o rotor,
que cuenta con palas, hélices, cuchillas o cubos colocados alrededor de su
circunferencia, de tal forma que el fluido en movimiento produce una fuerza
tangencial que impulsa la rueda y la hace girar. Esta energía mecánica se
transfiere a través de un eje para proporcionar el movimiento de una máquina, un
compresor, un generador eléctrico o una hélice. Las turbinas se clasifican en
turbinas hidráulicas o de agua, turbinas de vapor y turbinas de combustión. Hoy la
mayor parte de la energía eléctrica mundial se produce utilizando generadores
movidos por turbinas. Los molinos de viento que producen energía eléctrica se
llaman turbinas de viento.
TIPOS DE TURBINAS
Las turbinas pueden clasificarse en dos subgrupos principales: hidráulicas y
térmicas.
Turbinas hidráulicas
El tipo más antiguo y más simple de turbina hidráulica es la rueda hidráulica,
utilizada por primera vez en Grecia y utilizada durante la antigüedad y la edad
media para moler cereales. Consistía en un eje vertical con un conjunto de aspas
o palas radiales situadas en una corriente de agua a gran velocidad. La potencia
de la rueda era de unos 0,5 caballos de vapor (CV). La rueda hidráulica horizontal
(o sea, un eje horizontal conectado a una rueda de palas vertical), descrita por
primera vez por el arquitecto e ingeniero romano Vitrubio en el siglo I a.C., tenía el
segmento inferior de la rueda de palas insertada en la corriente, y actuaba como
una rueda hidráulica de empuje inferior.

7. 7
Rotor de una turbina Pelton, ésta es una turbina hidráulica de acción de admisión
parcial.
Son aquéllas cuyo fluido de trabajo no sufre un cambio de densidad considerable
a través de su paso por el rodete o por el estátor; éstas son generalmente las
turbinas de agua, que son las más comunes, pero igual se pueden modelar como
turbinas hidráulicas a los molinos de viento o aerogeneradores.
Dentro de este género suele hablarse de:
 Turbinas de acción: Son aquellas en que el fluido no sufre ningún cambio
de presión a través de su paso por el rodete. La presión que el fluido tiene a
la entrada en la turbina se reduce hasta la presión atmosférica en la corona
directriz, manteniéndose constante en todo el rodete. Su principal
característica es que carecen de tubería de aspiración. La principal turbina
de acción es la Turbina Pelton, cuyo flujo es tangencial. Se caracterizan por
tener un número específico de revoluciones bajo (ns<=30). El distribuidor
en estas turbinas se denomina inyector.
 Turbinas de reacción: Son aquellas en el que el fluido sufre un cambio de
presión considerable en su paso por el rodete. El fluido entra en el rodete
con una presión superior a la atmosférica y a la salida de éste presenta una
depresión. Se caracterizan por presentar una tubería de aspiración, la cual

8. 8
une la salida del rodete con la zona de descarga de fluido. Estas turbinas se
pueden dividir atendiendo a la configuración de los álabes. Así, existen las
turbinas de álabes fijos (Francis->Flujo diagonal; Hélice->Flujo axial) y
turbinas con álabes orientables (Deriaz->Flujo diagonal; Kaplan->Flujo
axial). El empleo de álabes orientables permite obtener rendimientos
hidráulicos mayores.
El rango de aplicación (una aproximación) de las turbinas, de menor a mayor salto
es: kaplan-francis-pelton
El número específico de revoluciones es un número común para todas las
turbinas/bombas geométricamente semejantes (de menor a mayor es: pelton-
francis-kaplan). Cuanto mayor es el número específico de revoluciones, tanto
mayor es el riesgo de cavitación de la turbina, es decir, una Turbina Kaplan tiene
más probabilidad de que se dé en ella el fenómeno de la cavitación que en
una Turbina Francis o una Pelton.
De acuerdo al diseño del rodete
Carta para seleccionar turbinas hidráulicas en función del caudal y el salto.

9. 9
Esta clasificación es la más determinista, ya que entre las distintas de cada género
las diferencias sólo pueden ser de tamaño, ángulo de los àlabes o cangilones, o
de otras partes de la turbomáquina distinta al rodete. Los tipos más importantes
son:
 Turbina Kaplan: son turbinas axiales, que tienen la particularidad de poder
variar el ángulo de sus palas durante su funcionamiento. Están diseñadas
para trabajar con saltos de agua pequeños y con grandes
caudales.(Turbina de reacción)
 Turbina Hélice: son exactamente iguales a las turbinas kaplan, pero a
diferencia de estas, no son capaces de variar el ángulo de sus palas.
 Turbina Pelton: Son turbinas de flujo transversal, y de admisión parcial.
Directamente de la evolución de los antiguos molinos de agua, y en vez de
contar con álabes o palas se dice que tiene cucharas. Están diseñadas para
trabajar con saltos de agua muy grandes, pero con caudales
pequeños.(Turbina de acción)
 Turbina Francis: Son turbinas de flujo mixto y de reacción. Existen algunos
diseños complejos que son capaces de variar el ángulo de sus álabes
durante su funcionamiento. Están diseñadas para trabajar con saltos de
agua medios y caudal medios.
 Turbina Ossberger / Banki / Michell: La turbina OSSBERGER es una
turbina de libre desviación, de admisión radial y parcial. Debido a su
número específico de revoluciones cuenta entre las turbinas de régimen
lento. El distribuidor imprime al chorro de agua una sección rectangular, y
éste circula por la corona de paletas del rodete en forma de cilindro, primero
desde fuera hacia dentro y, a continuación, después de haber pasado por el
interior del rodete, desde dentro hacia fuera.

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Turbinas térmica
Son aquéllas cuyo fluido de trabajo sufre un cambio de densidad considerable a
través de su paso por la máquina.
Estas se suelen clasificar en dos subconjuntos distintos debido a sus diferencias
fundamentales de diseño:
Turbinas a vapor: su fluido de trabajo puede sufrir un cambio de fase durante su
paso por el rodete; este es el caso de las turbinas a mercurio, que fueron
populares en algún momento, y el de las turbinas a vapor de agua, que son las
más comunes.
Rotor de una turbina de vapor producida por Siemens, Alemania.
Una turbina de vapor es una 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, órgano
principal de la turbina, que cuenta con palas o álabes los cuales tienen una forma
particular para poder realizar el intercambio energético. Las turbinas de
vapor están presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluido que
pueda cambiar de fase, entre éstos el más importante es el Ciclo Rankine, el cual
genera el vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de elevada

11. 11
temperatura y presión. En la turbina se transforma la energía interna del vapor
en energía mecánica que, normalmente, se transmite a un generador para
producir electricidad. En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el
estátor. El rotor está formado por ruedas de álabes unidas al eje y que constituyen
la parte móvil de la turbina. El estátor también está formado por álabes, no unidos
al eje sino a la carcasa de la turbina.
El término turbina de vapor es muy utilizado para referirse a una máquina motora
la cual cuenta con un conjunto de turbinas para transformar la energía del vapor,
también al conjunto del rodete y los álabes directores.
La turbina de vapor moderna fue inventada en 1884 por sir Charles Parsons, cuyo
primer modelo fue conectado a una dinamo que generaba 7.5 kW (10 hp) de
potencia.1 La invención de la turbina de vapor de Parsons hizo posible una
electricidad barata y abundante y revolucionó el transporte marítimo y la guerra
naval.2
Clasificación
Existen las turbinas de vapor en una gran variedad de tamaños, desde unidades
de 1 HP (0.75 kW) usadas para accionar bombas, compresores y otro equipo
accionado por flecha, hasta turbinas de 2,000,000 HP (1,500,000 kW) utilizadas
para generar electricidad. Hay diversas clasificaciones para las turbinas de vapor
modernas, y por ser turbomáquinas son susceptibles a los mismos criterios de
clasificación de éstas. Por otro lado, es común clasificarlas de acuerdo a su grado
de reacción:
 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.
En el paso del vapor por el rotor la presión se mantendrá constante y habrá
una reducción de la velocidad.

12. 12
 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.
El éxito obtenido con las turbinas de agua condujo a utilizar el principio de la
turbina para extraer energía del vapor de agua. Mientras que la máquina de vapor
de vaivén desarrollada por Watt utilizaba la presión del vapor, la turbina consigue
mejores rendimientos al utilizar también la energía cinética de éste. La turbina
puede ser más pequeña, más ligera y más barata que una máquina de vapor de
vaivén de la misma potencia, y puede ser de un tamaño mucho mayor que las
máquinas de vapor convencionales. Desde el punto de vista de la mecánica, tiene
la ventaja de producir directamente un movimiento giratorio sin necesidad de una
manivela o algún otro medio de convertir la energía de vaivén en energía rotatoria.
Como resultado de ello, la turbina de vapor ha reemplazado a las máquinas de
vaivén en las centrales generadoras de energía eléctrica, y también se utiliza
como una forma de propulsión a chorro.
Las turbinas de vapor se utilizan en la generación de energía eléctrica de origen
nuclear y en la propulsión de los buques con plantas nucleares. En las
aplicaciones de cogeneración que requieran tanto calor (el utilizado en un proceso
industrial) como electricidad, se genera vapor a altas presiones en una caldera y
se extrae desde la turbina a la temperatura y la presión que necesita el proceso
industrial. Las turbinas de vapor pueden utilizarse en ciclos (escalones)
combinados con un generador de vapor que recupera el calor que se perdería. Las
unidades industriales se utilizan para poner en movimiento máquinas, bombas,
compresores y generadores eléctricos. La potencia que se obtiene puede ser de
hasta 1.300 MW.
La turbina de vapor no fue inventada por una única persona, sino que fue el
resultado del trabajo de un grupo de inventores a finales del siglo XIX. Algunos de
los participantes más notables en este desarrollo fueron el británico Charles

13. 13
Algernon Parsons y el sueco Carl Gustaf Patrik de Laval. Parsons fue responsable
del denominado principio de escalones, mediante el cual el vapor se expandía en
varias fases, aprovechándose su energía en cada una de ellas. De Laval fue el
primero en diseñar chorros y palas adecuados para el uso eficiente de la
expansión del vapor.
Funcionamiento de la turbina de vapor
El funcionamiento de la turbina de vapor se basa en el principio termodinámico
que expresa que cuando el vapor se expande disminuye su temperatura y se
reduce su energía interna. Esta reducción de la energía interna se transforma en
energía mecánica por la aceleración de las partículas de vapor, lo que permite
disponer directamente de una gran cantidad de energía. Cuando el vapor se
expande, la reducción de su energía interna en 400 cal puede producir un
aumento de la velocidad de las partículas a unos 2.900 km/h. A estas velocidades
la energía disponible es muy elevada, a pesar de que las partículas son
extremadamente ligeras.
Si bien están diseñadas de dos formas diferentes, las partes fundamentales de las
turbinas de vapor son parecidas. Consisten en boquillas o chorros a través de los
que pasa el vapor en expansión, descendiendo la temperatura y ganando energía
cinética, y palas sobre las que actúa la presión de las partículas de vapor a alta
velocidad. La disposición de los chorros y las palas depende del tipo de turbina.
Además de estos dos componentes básicos, las turbinas cuentan con ruedas o
tambores sobre los que están montadas las palas, un eje para las ruedas o los
tambores, una carcasa exterior que retiene el vapor dentro de la zona de la
turbina, y varios componentes adicionales como dispositivos de lubricación y
controladores.
Tipos de turbina de vapor
La forma más sencilla de turbina de vapor es la denominada turbina de acción, en
la que los chorros de la turbina están sujetos a un punto dentro de la carcasa de la

14. 14
turbina, y las palas están dispuestas en los bordes de ruedas que giran alrededor
de un eje central. El vapor pasa a través de las boquillas y alcanza las palas.
Éstas absorben una parte de la energía cinética del vapor en expansión, lo que
hace girar la rueda y con ella el eje al que está unida. La turbina está diseñada de
forma que el vapor que entra por un extremo de la misma se expande a través de
una serie de boquillas hasta que ha perdido la mayor parte de su energía interna.
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 están colocadas de forma que cada par
actúa como una boquilla a través de la cual pasa el vapor mientras se expande.
Las palas de las turbinas de reacción suelen montarse en un tambor en lugar de
una rueda. El tambor actúa como eje de la turbina.
Para que la energía del vapor se utilice eficientemente en ambos tipos de turbina,
es necesario utilizar varios escalones en cada uno de los cuales se convierte en
energía cinética una parte de la energía térmica del vapor. Si se hiciera toda la
conversión de los dos tipos de energía en un solo escalón, la velocidad rotatoria
de la rueda sería excesiva. Por lo general, se utilizan más escalones en las
turbinas de reacción que en las turbinas de acción.
Se puede comprobar que, con el mismo diámetro y la misma cantidad de energía,
la turbina de reacción necesita el doble de escalones para obtener un rendimiento
máximo. Las turbinas más grandes, que normalmente son de acción, emplean
hasta cierto grado la reacción al principio del recorrido del vapor para que el flujo
de vapor sea eficaz. Muchas de las turbinas de reacción utilizan primero un
escalón de control de acción, lo que reduce el número de escalones necesarios.
A causa del aumento de volumen del vapor cuando se expande, es necesario
aumentar en cada escalón el tamaño de las aberturas a través de las cuales pasa
el vapor. Durante el diseño real de las turbinas, este aumento se consigue
alargando las palas de un escalón a otro y aumentando el diámetro del tambor o la
rueda a la que están acopladas las palas. También se agregan dos o más

15. 15
secciones de turbina en paralelo. Como resultado de esto, una turbina industrial
pequeña puede ser prácticamente cónica, con el diámetro más pequeño en el
extremo de entrada, de mayor presión, y el diámetro mayor en el extremo de
salida. Las grandes turbinas de una central eléctrica nuclear pueden tener cuatro
rotores con una sección de alta presión con flujo doble, seguida de tres secciones
de baja presión y flujo doble.
Las turbinas de vapor son máquinas simples que tienen prácticamente una sola
parte móvil, el rotor. Sin embargo, requieren algunos componentes auxiliares para
funcionar: cojinetes de contacto plano para sostener el eje, cojinetes de empuje
para mantener la posición axial del eje, un sistema de lubricación de los cojinetes
y un sistema de estanqueidad que impide que el vapor salga de la turbina y que el
aire entre en ella. La velocidad de rotación se controla con válvulas en la admisión
de vapor de la máquina. La caída de presión en las palas produce además una
fuerza axial considerable en las palas móviles, lo que se suele compensar con un
pistón de equilibrado, que crea a su vez un empuje en sentido opuesto al del
vapor.
La eficiencia de expansión de las turbinas modernas de varios escalones es alta,
dado el avanzado estado de desarrollo de los componentes utilizados en las
turbinas y la posibilidad de recuperar las pérdidas de un escalón en los siguientes,
con un sistema de recalentamiento. El rendimiento que se obtiene al transformar
en movimiento la energía teóricamente disponible suele superar el 90%. La
eficiencia termodinámica de una instalación de generación con vapor es mucho
menor, dada la pérdida de energía del vapor que sale de la turbina.

16. 16
Turbinas a gas: En este tipo de turbinas no se espera un cambio de fase del
fluido durante su paso por el rodete.
Montaje de una turbina de gas.
Una turbina de gas, es una turbomáquina motora, cuyo fluido de trabajo es un gas.
Como la compresibilidad de los gases no puede ser despreciada, las turbinas de
gas son turbomáquinas térmicas. Comúnmente se habla de las turbinas de gas
por separado de las turbinas ya que, aunque funcionan con sustancias en estado
gaseoso, sus características de diseño son diferentes, y, cuando en estos
términos se habla de gases, no se espera un posible cambio de fase, en cambio
cuando se habla de vapores sí.
Las turbinas de gas son usadas en los ciclos de potencia como el ciclo Brayton y
en algunos ciclos de refrigeración. Es común en el lenguaje cotidiano referirse a
los motores de los aviones como turbinas, pero esto es un error conceptual, ya
que éstos son turborreactores los cuales son máquinas que, entre otras cosas,
contienen una turbina de gas.

17. 17
La operación básica de la turbina de gas es similar a la máquina de vapor, excepto
que en lugar de agua se usa el aire. El aire fresco de la atmósfera fluye a través
de un compresor que lo eleva a una alta presión. Luego se añade energía
dispersando combustible en el mismo y quemándolo de modo que la combustión
genera un flujo de alta temperatura. Este gas de alta temperatura y presión entra a
una turbina, donde se expande disminuyendo la presión de salida, produciendo el
movimiento del eje durante el proceso. El trabajo de este eje de la turbina es
mover el compresor y otros dispositivos como generadores eléctricos que pueden
estar acoplados. La energía que no se usa para el trabajo sale en forma de gases,
por lo cual tendrán o una alta temperatura o una alta velocidad. El propósito de la
turbina determina el diseño que maximiza esta forma de energía. Las turbinas de
gas se usan para dar potencia a aeronaves, trenes, barcos, generadores
eléctricos, e incluso tanques.
También al hablar de turbinas térmicas, suele hablarse de los siguientes
subgrupos:
Turbinas a acción: en este tipo de turbinas el salto entálpico ocurre sólo en el
estátor, dándose la transferencia de energía sólo por acción del cambio de
velocidad del fluido.
Turbinas a reacción: el salto entálpico se realiza tanto en el rodete como en el
estátor, o posiblemente, sólo en rotor.
Igual de común es clasificar las turbinas por la presión existente en ellas en
relación a otras turbinas dispuestas en el mismo grupo:
Turbinas de alta presión: son las más pequeñas de entre todas las etapas y son
las primeras por donde entra el fluido de trabajo a la turbina.
Turbinas de media presión.

18. 18
Turbinas de baja presión: Son las últimas de entre todas las etapas, son las más
largas y ya no pueden ser más modeladas por la descripción euleriana de las
turbomáquinas.
TURBINA EÓLICA:
Una turbina eólica es un mecanismo que transforma la energía del viento en otra
forma de energía útil como mecánica o eléctrica.
La energía cinética del viento es transformada en energía mecánica por medio de
la rotación de un eje. Esta energía mecánica puede ser aprovechada para moler,
como ocurría en los antiguos molinos de viento, o para bombear agua, como en el
caso del molino multipala. La energía mecánica puede ser transformada en
eléctrica mediante un generador eléctrico (un alternador o un dinamo). La energía
eléctrica generada se puede almacenar en baterías o utilizarse directamente.
Una turbina eólica o turbina de viento es una turbina accionada por la energía
eólica. Se trata de una turbomáquina motora que intercambia cantidad de
movimiento con el viento, haciendo girar un rotor. La energía mecánica del eje del
rotor puede ser aprovechada para diversas aplicaciones como moler, en el caso
de los molinos de viento; bombear agua, en el caso de las aerobombas; o para
la generación de energía eléctrica, en los aerogeneradores.
Las turbinas eólicas se clasifican, según la orientación del eje del rotor,
en verticales y horizontales.

19. 19
Turbinas de eje vertical
Savonius
Las turbinas Savonius son un tipo de turbinas de eje vertical usadas para convertir
el poder del viento en torsión sobre un eje rotatorio. Fueron inventadas por el
ingeniero finés Sigurd J. Savonius en 1922.
Puede arrancar con poco viento, siendo muy sencilla su fabricación; tiene una
velocidad de giro pequeña y su rendimiento es relativamente bajo.
Turbina Darrieus.
Debe su nombre al ingeniero francés Georges Darrieus, quien patentó el diseño
en 1931. Requiere vientos de 4 a 5 m/s, manteniendo grandes velocidades de giro
y un buen rendimiento.

20. 20
Está constituida por 2-4 palas de perfil biconvexo unidas la una con la otra
produciendo el giro del eje al que están unidas.
Ventajas de las turbinas verticales
 No se necesita una torre de estructura poderosa.
 Como las palas del rotor son verticales no se necesita orientación al viento,
y funcionan aún cuando este cambia de dirección rápidamente.
 Pueden ser ubicadas cerca del suelo, haciendo fácil el mantenimiento de
las partes.
 Pueden tomar ventaja de aquellas irregularidades del terreno que
incrementan la velocidad del viento.
 Necesitan una menor velocidad del viento para empezar a girar.
 Son menos propensas a romperse con vientos fuertes.
 Son fácilmente evitadas por los pájaros.
Desventajas
La mayoría de las turbinas verticales producen energía al 50% de la eficiencia de
las turbinas horizontales.
 No toman ventaja de los vientos fuertes de mayor altura.

21. 21
Turbinas de eje horizontal
Molino de viento
Los molinos de viento son estructuras bajas, generalmente de cuatro aspas, que
se construyeron en Europa a partir del siglo XII. Quizá sean los más famosos y
conocidos y, entre ellos y gracias a Don Quijote, los de La Mancha, pero los había
por todas partes aunque muy especialmente en España, donde las corrientes de
los ríos no eran tan importantes como en otros países europeos.
Aerogenerador
Las turbinas eólicas modernas, conocidas también como aerogeneradores tienen
su origen en Dinamarca en la década de 1980. Hoy en día la industria eólica utiliza
generadores con rotores de hasta 126 metros de diámetro fabricados con alta
tecnología.
Son usadas en parques eólicos para la producción comercial de electricidad.

22. 22
La gran mayoría tiene tres palas, están pintadas de un tono claro, tienen una
eficiencia alta y están controladas por computadora.
 Componentes
Las turbinas eólicas modernas o aerogeneradores tienen una serie de
componentes:
1. rotor: contiene las aspas o palas y el hub
2. nacelle o góndola: es una especie de caja que se conecta al rotor y dentro
de ella está la caja de engranes y generador. En algunos modelos de
turbinas eólicas de grandes dimensiones incluso puede aterrizar un
helicóptero.
3. caja de engranes o gearbox: se encarga de multiplicar la rotación del rotor
para que el generador reciba el número de revoluciones por minuto
suficientes para poder transformar energía eléctrica en eólica. Existen
sistemas de aerogeneradores que utilizar otras tecnologías en lugar de caja
de engranes
4. generador eléctrico: contiene una serie de imanes y bobinas que al rotar
generarán energía eléctrica.
5. torre del aerogenerador: estructura de soporte, sostiene a la góndola y al
rotor. Su interior se usa también para poder subir a la turbina y llevar el
cableado. La torre tiene un motor que permite que la turbina pueda girar en
direcciones de viento favorable.
Ventajas de las turbinas horizontales
 Extremos de pala variable, lo que da a las hojas el ángulo de ataque
óptimo. Permitir que el ángulo de ataque sea ajustado proporciona gran
control, de modo que la turbina puede recoger la máxima cantidad de
energía eólica de cada día y estación.

23. 23
 Las torres altas permiten acceder a vientos más fuertes en sitios
con cizalladura. En algunos lugares, cada 10 metros de altura, la velocidad
del viento se incrementa un 20%.
Desventajas
 Las turbinas horizontales tienen problemas para funcionar cerca del suelo,
debido a las turbulencias.
 Las torres altas y las palas largas son difíciles de transportar. El transporte
puede costar un 20% del costo de equipamiento.
 Las turbinas altas son difíciles de instalar y necesitan grúas poderosas y
operadores hábiles.
 Las turbinas altas pueden afectar los radares de los aeropuertos.
 Presentan impacto visual en el entorno, y con frecuencia suscitan
reclamaciones por afeamiento del paisaje.
 Exigen un control cuidadoso, de lo contrario, son propensas a la fatiga de
material y los daños estructurales.
 Tienen que orientarse hacia el viento.
TURBINA SUBMARINA
Una Turbina submarina es un dispositivo mecánico que convierte la energía de
las corrientes submarinas en energía eléctrica. Consiste en aprovechar la energía
cinética de las corrientes submarinas, fijando al fondo submarino turbinas
montadas sobre torres prefabricadas para que puedan rotar en busca de las
corrientes submarinas. Ya que la velocidad de estas corrientes varía a lo largo de
un año, se han de ubicar en los lugares más propicios en donde la velocidad de
las corrientes varían entre 3 km/h y 10 km/h para implantar centrales turbínicas
preferentemente en profundidades lo más someras posibles y que no dañen

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ningún ecosistema submarino. Las turbinas tendrían una malla de protección que
impediría la absorción de animales acuáticos.
AVANCES EN EL DISEÑO DE LAS TURBINAS
La tendencia en las turbinas hidráulicas modernas es utilizar caídas mayores y
máquinas más grandes. Según el tamaño de la unidad, las turbinas Kaplan se
utilizan en caídas de unos 60 m, y en el caso de las turbinas Francis de hasta
610 m. La instalación de caída más alta del mundo (1.770 m) se encuentra en
Reisseck, en Austria, y las turbinas más grandes del mundo están en una planta
generadora de la presa de Itaipú, entre Paraguay y Brasil, donde se utilizan 18
turbinas de tipo Francis de 700 MW de potencia cada una, que consiguen un total
de 12.600 MW.
Muchas de las pequeñas instalaciones en presas construidas antes de 1930 han
sido abandonadas debido a su alto coste de mantenimiento y la mano de obra que
requieren. Sin embargo, el aumento de los costos de los combustibles fósiles ha
hecho volver la mirada hacia este tipo de sistemas de poca caída. Con el
desarrollo de turbinas de hélice normalizadas con ejes casi horizontales, las
instalaciones pequeñas han recuperado su atractivo original.
Se han diseñado turbinas que actúan como bombas cuando funcionan a la
inversa, invirtiendo el generador eléctrico para que funcione como un motor. Dado
que no es posible almacenar la energía eléctrica de forma económica, este tipo de
bombas turbina se utiliza para bombear agua hacia los embalses, aprovechando la
energía eléctrica generada por las centrales nucleares y térmicas durante las
horas de poco consumo. El agua embalsada se emplea de nuevo para generar
energía eléctrica durante las horas de consumo elevado. En los últimos años se
han desarrollado turbinas para caídas de hasta 600 m y con capacidades de más
de 400 MW.

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Perforación a turbina
Para mejorar eficiencia de perforación, garantizar calidad de perforación, aumentar
vida de herramientas de perforación y optimizar tecnología de perforación, Petro-
king ha establecido un sistema integrado desde diseño hasta operación, que
garantiza perforación de todo tipo de diámetros de hoyos.
Ventajas tecnológicas
En comparación con las tecnologías convencionales de perforación;
- La velocidad de perforación mecánica se dobla promedidamente y la vida de uso
de broca se alarga hasta 10 veces;
- El tiempo de perforación a turbina de una circulación se reduce con 10～20 días,
y los costos de peroforación se reduce con 30%;
- La tecnología única eficaz para acclerar la perforación de capa de grava, rocas
ígneas y piedra arenisca de cuarzo altamente abrasivo;
Servicios y productos
Herramientas de diferentes tipos aplicadas para los hoyos entre 3-1/4”~17-1/2”,
cuya cubertura de servicio puede alcanzar a todos los diámetros de hoyos de
perforación petrolera.
Records de perforación a turbina
- Tiempo de circulación es de 419 horas y el tiempo de perforación hasta fondo es
de 348 horas, cuya eficiencia es 6 veces que la perforación convencional (Pozo
No. 124 de Yuanba)
- 529m en una carrera y broca calificada clase 1-1, aumentando la eficiencia 12
veces que la perforación convencional (Pozo No. 224 de Yuanba)

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- En foramción de grava altamente abrasiva, la tasa de perforacion alcanza hasta
2,10 m / h, una velocidad 5 veces que perforación convencional(Pozo No. 224 de
Yuanba)
- En la formación de rocas ígneas, la tasa de perforación alcanza hasta 2,66 m /
h, una velocidad 3 veces que la perforación convencional (Pozo No. 4 de Yubei)
Turbinas: Diámetros Disponibles
3 3/8" - 4 3/4" - 6 3/4" & 9 5/8"
MBTF > 18.000 Hrs
Ventajas:
 Alta Potencia
 Alta Velocidad
 Alta confiabilidad largas corridas.
 Rendimiento constante.
 Alta resistencia a la temperatura > 250° C
 Facilidad en modo deslizamiento.
 Cualidad de la pared del pozo.
 Facilita la verticalidad del pozo: WOB liviano y sarta estabilizada.
 Reduce el Torque y fricciones (Drag).
 Mejor control del Tool face.
 Utilización de brocas mas agresivas y todavía control del TF.

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DIFERENCIAS
Aunque básicamente su funcionamiento es muy similar, las turbinas Pelton,
Francis y Kaplan se diferencian en muchos aspectos.
Uno de ellos es su simple apariencia. La turbina Pelton está formada por una
especie de cucharas que, sometidas al impacto del agua, giran produciendo el giro
continuo del eje. Mientras que la forma de la turbina Francis recuerda un molinillo
de viento en forma de caracol. Por otro lado la turbina Kaplan recuerda más a una
hélice de un barco o un submarino.
Otra de las diferencias es según la forma en que el agua impacta en sus álabes y
hace que se muevan. Por lo tanto la turbina Pelton y la Francis son turbinas
nombradas de acción, porque se mueven por el impacto del agua sobre sus
aspas, mientras que la turbina Francis es de reacción porque sus aspas giran por
la presión del agua que circula a su alrededor.
También las diferencia la cantidad de agua con la que pueden trabajar: la Pelton
se utiliza para poca cantidad de agua, pero por contra la Kaplan necesita mucha
agua, por lo tanto la más adaptable es la Francis que se puede utilizar para
cantidad variable de agua y salto de agua.
Otro de los aspectos que las diferencian son las aplicaciones que se hacen de
cada una. Mientras que la Pelton en centrales hidráulicas de no mucha potencia,
la Francis al poderse aplicar a todo tipo de cantidad de agua y salto de agua es la
más utilizada en centrales hidroeléctricas
( estas pueden ser reversibles ) y la turbina Kaplan con su eje en posición
horizontal se utiliza en las mareomotrices.

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CONCLUSIONES
La aplicación de las turbinas es muy frecuente para obtener energía eléctrica ya
sea por cualquier método posible. Un claro ejemplo es que las turbinas se pueden
utilizar de muchas maneras como, por ejemplo, en una central térmica , una
hidroeléctrica o una geotérmica ( ver páginas siguientes ).
Las turbinas han evolucionado mucho desde que surgieron como unas simples
ruedas, después empezaron a conectarse a otros aparatos para utilizarse con
máquinas como las de un molino de papel (un claro ejemplo de molino de papel es
el de Capellades ) pero aquí no se detuvo su evolución y siguió evolucionando
hasta las centrales (normalmente eléctricas ) de hoy en día. Un ejemplo de una de
las centrales hidroeléctricas más modernas de España es la central reversible de
Capdella en el Pallars Jussà. En esta central utilizan el agua del Estany Gento
para mover las turbinas y producir, mediante alternadores, energía eléctrica . Pero
por la noche se hace el proceso contrario, debajo del lago han hecho un embalse
donde almacenan el agua que, por la noche bombean otra vez hacia arriba con
una pequeña parte de la energía producida.
Mediante las turbinas hemos podido aprovechar diversas energías que no podrían
haber sido aprovechadas de otra manera. Con éstas hemos podido sacar
provecho de muchos tipos distintos de energías como la nuclear o la térmica.

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BIBLIOGRAFIA
http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina
http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_e%C3%B3lica
MATAIX, Claudio. Turbomáquinas Hidráulicas. Editorial ICAI.
DIXON, S. L.. Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery. Editorial
Butterworth Heinemann.
SCIUBBA, Enrico. Lezioni di Turbomacchine. Editorial Editrice Universitaria di
Roma.
http://es.wikipedia.org/wiki/Turbom%C3%A1quina