Este documento describe los diferentes tipos de turbinas de vapor, incluyendo su clasificación según el número de etapas, la presión del vapor de salida, la forma en que se realiza la transformación de energía térmica en mecánica, y la dirección del flujo de vapor en el rodete. También describe las partes principales de una turbina de vapor y los ciclos termodinámicos de Rankine e ideal de Rankine para la generación de energía eléctrica mediante vapor.

1. UNIVERSIDAD "FERMÍN TORO“
SISTEMA INTERACTIVO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA (SAIA)
ESCUELA DE INGENIERÍA
ALUMNO: ENDER RIERA.
INGENIERÍA ELÉCTRICA.
C.I: 23.814.957.
SAIA A.

2. TURBINAS 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.

3. CLASIFICACIÓN
Según el número de etapas
o escalonamientos:
(1) Turbinas mono etapa: Son turbinas
que se utilizan para pequeñas y
medianas potencias.
(2) Turbinas multi etapa: Aquellas en
las que la demanda de potencia es muy
elevada, y además interesa que el
rendimiento sea muy alto.
Según la presión del vapor de salida:
(1) Contrapresión: En ellas el vapor de escape es utilizado posteriormente en el
proceso.
(2) Escape libre: El vapor de escape va hacia la atmósfera. Este tipo de turbinas
despilfarra la energía pues no se aprovecha el vapor de escape en otros procesos
como calentamiento, etc.
(3) Condensación: En las turbinas de condensación el vapor de escape es
condensado con agua de refrigeración. Son turbinas de gran rendimiento.

4. Según la forma en que se realiza la
transformación de energía térmica
en energía mecánica:
(1) Turbinas de acción: En las cuales la
transformación se realiza en los álabes fijos.
(2) Turbinas de reacción: En ellas dicha
transformación se realiza a la vez en los
álabes fijos y en los álabes móviles.
Según la dirección del flujo en el rodete:
(1) Axiales: El paso de vapor se realiza
siguiendo un con que tiene el mismo eje que
la turbina. Es el caso más normal.
(2) Radiales: El paso de vapor se realiza siguiendo todas las direcciones
perpendiculares al eje de la turbina.
Turbinas con y sin extracción:
En las turbinas con extracción se extrae una corriente de vapor de la turbina antes
de llegar al escape.

5. PARTES
ROTOR
ESTATOR
ALABES
VÁLVULA DE
REGULACIÓN
SISTEMA DE
LUBRICACION
SISTEMA DE
EXTRACCIÓN DE
VAHOS
SISTEMA DE
REFRIGERACIÓN
DE ACEITE
SISTEMA DE
SELLADO DE
VAPOR
COJINETES DE
APOYO
COJINETE DE
EMPUJE
SISTEMA DE
ACEITE DE
CONTROL
SISTEMA DE
SELLADO DE
VAPOR
VIRADOR
COMPENSADOR

6. CICLO RANKINE DE POTENCIA
MEDIANTE VAPOR
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 William John
Macquorn Rankine.

7. CICLO RANKINE IDEAL
El diagrama T-s
(temperatura y entropía):
Los estados principales del ciclo quedan
definidos por los números del 1 al 4 en
el diagrama T-s:
(1) Vapor sobrecalentado.
(2) Mezcla bifásica de título elevado o
vapor húmedo.
(3) Líquido saturado.
(4) Líquido subenfriado.
Los procesos que tenemos son los
siguientes para el ciclo ideal (procesos
internamente reversibles):

8. Proceso 1-2: Expansión
isoentrópica del fluido de trabajo en
la turbina desde la presión de la
caldera hasta la presión del
condensador. Se realiza en una
turbina de vapor y se genera potencia
en el eje de la misma.
Proceso 2-3: Transmisión de calor a
presión constante desde el fluido de
trabajo hacia el circuito de
refrigeración, de forma que el fluido
de trabajo alcanza el estado de
líquido saturado. Se realiza en un
condensador (intercambiador de
calor), idealmente sin pérdidas de
carga

9. Proceso 3-4: Compresión
isoentrópica del fluido de trabajo en
fase líquida mediante una bomba, lo
cual implica un consumo de potencia.
Se aumenta la presión del fluido de
trabajo hasta el valor de presión en
caldera.
Proceso 4-1: Transmisión de calor
hacia el fluido de trabajo a presión
constante en la caldera. En un primer
tramo del proceso el fluido de trabajo
se calienta hasta la temperatura de
saturación, luego tiene lugar el cambio
de fase líquido-vapor y finalmente se
obtiene vapor sobrecalentado. Este
vapor sobrecalentado de alta presión
es el utilizado por la turbina para
generar la potencia del ciclo.

10. Variables y Ecuaciones
Variables:
Potencia térmica de entrada
(energía por unidad de
tiempo).
Caudal másico (masa por
unidad de tiempo).
Potencia mecánica
suministrada o absorbida
(energía por unidad de
tiempo).
Rendimiento térmico del ciclo.
Entalpías específicas de los
estados principales del ciclo.
Ecuaciones:

11. CICLO DE CARNOT
El ciclo de Carnot consta
de cuatro etapas: dos
procesos isotermos (a
temperatura constante) y
dos adiabáticos (aislados
térmicamente). Las
aplicaciones del Primer
principio de la
termodinámica están
escritos acorde con el
Criterio de signos
termodinámico.

12. EJEMPLOS
(1) El flujo de trabajo de un ciclo de Rankine ideal es vapor de agua.
A la turbina entra vapor saturado a 8,0 MPa y del condensador
sale líquido saturado a la presión de 0,008 MPa. La potencia neta
obtenida es 100 MW. Determínese para el ciclo:
a) El rendimiento térmico.
b) La relación de trabajos.
c) El flujo másico de vapor, en Kg/h.
d) El calor absorbido, Qe por el flujo de trabajo a su paso por la
caldera en MW.
e) El calor cedido, Qs por el fluido de trabajo en el condensador en
MW.
f) El flujo másico de agua de refrigeración en el condensador en
Kg/h, si el agua entra en el condensador a 15 grados C y sale a 35
grados C.

13. Solución:

18. (2) Un refrigerador de Carnot funciona con 18 moles de un gas
ideal monoatómico, realizando ciclos de 2 s. Las temperaturas de
los focos son 450 K y 150 K y consume una potencia de 60 kW.
a) Dibuja el ciclo en un diagrama p - V especificando las
transformaciones que lo componen. Calcula la eficiencia.
b) Calcula el calor intercambiado en cada etapa y la relación entre
los volúmenes en la compresión isoterma.
c) Calcula la variación de entropía del gas en cada transformación y
en el ciclo. Calcula la variación de entropía del Universo.
d) Sabiendo que después de la expansión isoterma el volumen del
gas es V3 = 0.5 m3, calcula la presión y el volumen después de la
compresión adiabática.

19. a)

20. b)
c)

21. d)

22. CICLO DIESEL
Es una idealización del diagrama del indicador de un
motor Diesel, en el que se omiten las fases
de renovación de la carga, y se asume que el fluido
termodinámico que evoluciona es un gas perfecto, en
general aire. Además, se acepta que todos los procesos
son ideales y reversibles, y que se realizan sobre el
mismo fluido. Aunque todo ello lleva a un modelo muy
aproximado del comportamiento real del motor, permite
al menos extraer una serie de conclusiones cualitativas
con respecto a este tipo de motores. No hay que olvidar
que los grandes motores marinos y de tracción
ferroviaria son del ciclo de 2 tiempos diesel.

23. Fases:
(1) Admisión, proceso (1-2):
(2) Combustión, proceso (2-3):

24. (3) Explosión/Expansión,
proceso (3-4):
(4) Última etapa, proceso (4-1):
-Relación de expansión:
-Relación de compresión:

25. CICLO OTTO
Es el ciclo termodinámico que se
aplica en los motores de
combustión interna de encendido
provocado por una chispa eléctrica
(motores de gasolina, etanol, gases
derivados del petróleo u otras
sustancias altamente volátiles e
inflamables). Inventado
por Nicolaus Otto en 1876, se
caracteriza porque en una primera
aproximación teórica, todo el calor
se aporta a volumen constante.

26. Fases:
(1) Admisión.
(2) Compresión.
(3) Combustión
(carrera de fuerza).
(4) Escape.

27. EJEMPLOS
(1)
-Solución: