Presentacion de maquinas compresibles

1. MAQUINAS DE FLUIDOS COMPRESIBLES
UNIDAD 5.- TURBINAS DE VAPOR
CATEDRATICO: ING. VAZQUEZ RAMIREZ VICTOR MANUEL
PRESENTAN
ARREDONDO RUIZ ERIK DARRIL
BAUTISTA LIEVANO LUIS ANGEL
FLORES DIAZ FROYLAN
GALDAMEZ CLEMENTE ELIMELEC
MALDONADO HERNANDEZ ELVIS

2. Ciclo Rankine
El ciclo Rankine opera con vapor, y es el
utilizado en las centrales termoeléctricas.
Consiste en calentar agua en una caldera
hasta evaporarla y elevar la presión del vapor,
que se hace incidir sobre los álabes de una
turbina, donde pierde presión produciendo
energía cinética. Prosigue el ciclo hacia un
condensador donde el fluido se licúa, para
posteriormente introducirlo en una bomba
que de nuevo aumentará la presión, y ser de
nuevo introducido en la caldera.

3.  La representación en diagrama p-V de ciclos en los que el
fluido se vaporiza, presentan una diferencia con respecto a
los ciclos de gas, ya que aparece una campana, llamada de
cambio de fase.
 A la izquierda corresponde al estado líquido, en el que
prácticamente no hay modificaciones de volumen, cuando se
aumenta su temperatura o su presión. Por ello las isotermas
son prácticamente verticales.
 A la derecha corresponde al estado vapor, aquí el fluido se
comporta como un gas, y por ello las isotermas son muy
parecidas a las de los gases ideales.
 Dentro de la campana, el fluido se está evaporando, y las
isotermas son horizontales. Esto es así porqué dada una
presión, el calor que se le aporta al fluido no se emplea en
elevar la temperatura, sino en su evaporación.

4.  El rendimiento ideal de este ciclo tiene es el mismo
que el ciclo de Carnot, aunque no alcanza valores
tan elevados.
El ciclo de Rankine es en el que se
basaban las antiguas máquinas de
vapor y locomotoras, utilizaban un
cilindro de doble efecto con un
componente desplazable llamado
corredera que dirigía el vapor a un
lado u otro del pistón.

5. CICLO DE RANKINE

6. Analicemos más despacio las etapas del
ciclo:
En la transformación 1-2 aumenta la presión del líquido sin pérdidas de
calor, por medio de un compresor, con aportación de un trabajo
mecánico externo.
En la transformación 2-3 se aporta calor al fluido a presión constante
en una caldera, con lo que se evapora todo el líquido elevándose la
temperatura del vapor al máximo.
La transformación 3-4 es una expansión adiabática, con lo que el
vapor a alta presión realiza un trabajo en la turbina.
La transformación 4-1consiste en refrigerar el fluido vaporizado a
presión constante en el condensador hasta volver a convertirlo en
líquido, y comenzar de nuevo el ciclo.

7.  Para optimizar el aprovechamiento del combustible,
se somete al fluido a ciertos procesos, para tratar de
incrementar el área encerrada en el diagrama p-V.
 Precalentamiento del agua comprimida 4-5
aprovechando el calor de los gases que salen por la
chimenea de la caldera. Con esto no se aumenta el
área del diagrama, pero se reduce el calor que hay
que introducir al ciclo.
 Recalentamiento del vapor que ha pasado por la
turbina 5-6 haciéndolo pasar por la caldera y
después por otra turbina de baja presión.

8. Tipos de ciclos Rankine
 Ciclo rankine simple:
El ciclo de Rankine es
un ciclo termodinámico que
tiene como objetivo la
conversión
de calor en trabajo,
constituyendo lo que se
denomina un ciclo de
potencia. Como cualquier otro
ciclo de potencia, su
eficiencia está acotada por la
eficiencia termodinámica de
un ciclo de Carnot que
operase entre los mismos
focos térmicos (límite máximo
que impone el Segundo
Principio de la
Termodinámica). Debe su
nombre a su desarrollador,
el ingeniero y físico escocés

9. Ciclo Rankine sobrecalentamiento
 La temperatura promedio a la que el calor es
transferido hacia el vapor puede
ser incrementada sin aumentar la presión de
la caldera, gracias al sobrecalentamiento del
vapor a altas temperaturas. El efecto del
sobrecalentamiento en el desempeño de los
ciclos de potencia de vapor se ilustra en un
diagrama T-s.
 El área sombreada en este diagrama
representa el aumento en el trabajo neto,
mientras que el área total bajo la curva del
proceso 3-3′representa el aumento en la
entrada de calor. De este modo, tanto el
trabajo neto como la entrada de calor
aumentan como resultado del
sobrecalentamiento del vapor a una
temperatura más alta. Sin embargo, el efecto
total es un incremento en la eficiencia térmica,
porque aumenta la temperatura promedio a la
cual se añade calor.
 El sobrecalentamiento del vapor a
temperaturas más altas tiene otro efecto muy
conveniente: disminuye el contenido de
humedad del vapor a la salida de la turbina,

10. Ciclo Rankine con Recalentamiento
 El ciclo Rankine con
recalentamiento puede
ayudar a elevar
minimamente la eficiencia
del ciclo, pero se usa para
alargar el tiempo de vida
de la turbina. Idealmente
podríamos usar una
cantidad infinita de
recalentamientos para
continuar elevando la
eficiencia pero en la
practica solo se usan dos o
tres, ya que la ganancia de
trabajos es muy pequeña.


11. Definición
TURBINA DE VAPOR
Es una turbomáquina motora, capaz de transformar la
energía de un flujo de vapor en energía mecánica a
través de un intercambio de cantidad de movimiento
entre el fluido de trabajo (vapor) y el rodete, estas a su
vez están presentes en diversos ciclos de potencia
que utilizan un fluido que pueda cambiar de fase,
entre ellos el más importante es el de ciclo Rankine el
cual genera vapor en una caldera. A subes deben de
cumplir con requisito del cliente en cuanto a su
instalación y operación

14. Regulacion de las turbinas de vapor
 Existen diferentes sistemas de regulacion que son
utilizadas en las turbinas de vapor, que influyen
directamente co el desempeño de estas y estan
relacionadas con la capacidad de mantener
invariable la velocidad de rotacion ,
independientemente de la carga de trabajo a la cual
estan sometidas. Estos se clasifican en:
 Regulacion en el control de la tobera
 Regulacion por estrangulamiento
 Regulacion po Bypass

15. Sectores
 • Empresas energéticas
 • Productores independientes de electricidad (IPP)
 • Industria química
 • Petroquímica/refinerías
 • Madereras, papeleras
 • Minería, metalúrgica y siderurgia, acerías
 • Industria procesadora, cementera
 • Industria azucarera, de etanol y de aceite de palma
 • Industria de alimentos y bebidas

16.  • Plantas de ciclo combinado
 • Plantas de cogeneración (electricidad y calor)
 • Plantas de recuperación de calor
 • Centrales energéticas de biomasa
 • Plantas incineradoras de basura
 • Centrales termo-solares
 • Plantas geotérmicas
 • Accionamientos mecánicos
 • Barcos/plataformas marítimas
Ventajas más importantes
 • Alto rendimiento, eficiencia
 • Gran fiabilidad y disponibilidad
 • Soluciones comprobadas a medida del cliente
 • Diseño compacto
 • Puesta en servicio y mantenimiento sencillos
Campos de aplicación

17. Eficiencia de ciclo.
En todo el estudio
siempre consideraremos
que las bombas y
turbinas que constituyen
la instalación tienen una
eficiencia o rendimiento
del 60% y del 85%,
respectivamente.

18. como mejorar la eficiencia?
sobrecalentar el vapor en
la caldera implica subir la
temperatura media TH y
mejora la eficiencia,
además tiende a
aumentar la calidad x4.

19. Por tanto la eficiencia se
determina.
𝑛 𝑡𝑒𝑟 =
𝑊𝑛𝑒𝑡𝑜
𝑞 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
= 1 −
𝑞 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
𝑞 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
La eficiencia de conversión de las centrales eléctricas
estadunidenses se expresa a menudo en términos de la
tasa térmica, que es la cantidad en BTU de calor
suministrada para generar 1 KWh de electricidad.

20. Clasificación
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)

21.  Turbina de vapor de reacción:
 La energía mecánica se obtiene de
la aceleración del vapor en
expansión. Cuentan con dos
grupos de palas, unas móviles y las
otras fijas.
 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.

22.  -Turbina de vapor de acción:
Una turbina de vapor de acción con un
escalonamiento de velocidad consta
fundamentalmente de:
 Un distribuidor fijo, Una corona móvil.
 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.

23.  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:
Consiguen mejores rendimientos
que las monoetapa, pueden
absorber flujos de vapor de mucha
mayor presión, por lo que se
utilizan para turbinas de alta

24.  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.

25. Principios de funcionamiento
 El principio de funcionamiento de
las turbinas de vapor tiene su
fundamento en el ciclo
termodinámico conocido como
ciclo Rankine, a final del cual el
fluido de trabajo retorna a su
estado y composición inicial.
Cuatro procesos se distinguen en
un ciclo Rankine ideal.
1-2 Proceso de bombeo
adiabático y reversible.
2-3 Transferencia de calor al
fluido de trabajo en una caldera a
presión constante
3-4 Expansión adiabática y
reversible del fluido en la turbina.
4-5 Transferencia de calor
desde le fluido de trabajo a presión
constante en el condensador.
Diagrama de T-S del ciclo termodinámico
de las turbinas de vapor.

26. Principio de funcionamiento de una turbina
de vapor:
 Si los cambios en la energía
cinética y potencial (presión y
temperatura) del fluido de trabajo
no son considerados, el calor
transferido y el trabajo pueden
representarse por areas en el
diagrama.
El área comprendida por los
puntos a-1-2-3-b-a representa el
calor transferido al fluido de
trabajo, mientras que el área
comprendida por lo puntos a-1-4-
b-a representa el calor transferido
desde el sistema. El trabajo neto
realizado esta representado por el
área comprendida por los puntos
1-2-3-4-1 y es la diferencia entre
el calor transferido al fluido de
trabajo y el calor transferido desde
el fluido de trabajo.
Esquema del ciclo básico de las turbinas de vapor.

27. ¡Gracias por su atención!