Turbina de vapor

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Rotor de una turbina de vapor producida por Siemens, Alemaña.

Unha turbina de vapor é unha turbomáquina motora, que transforma a enerxía dun fluxo de vapor en enerxía mecánica a través dun intercambio de cantidade de movemento entre o fluído de traballo (enténdase o vapor) e a roda, órgano principal da turbina, que conta con pas ou paletas que teñen unha forma particular para poder realizar o intercambio enerxético. As turbinas de vapor están presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluído que poida cambiar de fase, entre estes o máis importante é o Ciclo Rankine, o cal xera o vapor nunha caldeira, da cal sae nunhas condicións de elevada temperatura e presión. Na turbina transfórmase a enerxía interna do vapor en enerxía mecánica que, tipicamente, é aproveitada por un xerador para producir electricidade.

Nunha turbina pódense distinguir dous partes, o rotor e o estator. O rotor está formado por rodas de paletas unidas ao eixo e que constitúen a parte móbil da turbina. O estator tamén está formado por paletas, non unidas ao eixo senón á carcasa da turbina.

O termo turbina de vapor é moi utilizado para referirse a unha máquina motora a cal conta cun conxuntos de turbinas para transformar a enerxía do vapor, tamén ao conxunto da roda e as paletas directoras.

Clasificación[editar | editar a fonte]

Diferenzas entre as turbinas de Acción (impluso) e reacción). Nas primeiras o estator transforma toda a enerxía de fluído en enerxía cinética

Existen as turbinas de vapor nunha grande variedade de tamaños, desde unidades de 1 hp (0.75 kW) usadas para accionar bombas, compresores e outro equipo accionado por eixos, até turbinas de 2,000,000 hp (1,500,000 kW) utilizadas para xerar electricidade. Hai diversas clasificacións para as turbinas de vapor modernas, e por ser turbomáquinas son susceptíbeis aos mesmos criterios de clasificación destas. Doutra banda, é común clasificalas de acordo ao seu grao de reacción:

  • Turbinas de Acción: O cambio ou salto entálpico ou expansión é realizada nas paletas directoras ou nas toberas de inxección se se trata da primeira etapa dun conxunto de turbinas, estes elementos están suxeitos ao estator. No paso do vapor polo rotor a presión manterase constante e haberá unha redución da velocidade.
  • Turbinas de Reacción: A expansión, é dicir, o salto entálpico do vapor pode realizarse tanto no rotor como no estator, cando este salto ocorre unicamente no rotor a turbina coñécese como de reacción pura.

Principio de Funcionamento[editar | editar a fonte]

A ecuación xeral das turbomáquinas foi achada por Euler e a súa demostración atópase no artigo de turbomáquinas. A forma para o traballo por unidade de masa que atravesa o rotor das turbomáquinas motoras axiais é: 
L=u[c_1\cos(\alpha_1)-c_2\cos(\alpha_2)]

onde u é a velocidade periférica ou velocidade lineal do rotor, c_1 e c_2 son as velocidades absolutas do fluído de traballo antes e despois de pasar polo rotor respectivamente, \alpha_1 e \alpha_2 son os ángulos entre a velocidade absoluta e a velocidade periférica antes e despois de pasar polo rotor. Se chamamos velocidade relativa \vec{w}, á velocidade do fluído respecto á roda, e definimos o ángulo \beta como aquel que existe entre a velocidade periférica e \vec{w} podemos reescribir a ecuación anterior, por propiedades do triangulo como:


L=\frac{{c_1}^2-{c_2}^2}{2}+\frac{{w_2}^2-{w_1}^2}{2}

Agora escribamos a primeira lei da termodinámica para un balance de enerxía do fluído de traballo no paso polo rotor, supoñendo que este é un proceso adiabático:


L=\Delta h + \frac{{c_1}^2}{2} - \frac{{c_2}^2}{2}

Consideramos que L é definido positivo.


\frac{{c_1}^2-{c_2}^2}{2}+\frac{{w_2}^2-{w_1}^2}{2}=\Delta h + \frac{{c_1}^2}{2} - \frac{{c_2}^2}{2}

Encontramos así que o cambio entálpico é igual ao cambio dos cadrados da velocidade relativa:


\Delta h = \frac{{w_2}^2-{w_1}^2}{2}

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]

Commons
Commons ten máis contidos multimedia sobre: Turbina de vapor