La turbina de vapor se presenta como máquinas térmicas que se emplean para la generación de vapor, en ellas se presentan distintas condiciones o criterios que se deben de considerar para conocer el funcionamiento especifico que éstas presentan, dado a que muchos elementos presentan acción en este proceso es importante conocer de manera detalla la manera en que funcionan y operar, para ello en este artículo se brindará información de utilidad sobre las turbinas de vapor para un entendimiento amplio y sencillo.
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¿Qué es una turbina de vapor?
La turbina de vapor es una máquina de tipo térmica la cual destaca un proceso de combustión externa y giratoria, en ella se presenta el proceso de transformación de energía cinética proveniente del vapor en una energía de rotación. Siendo una máquina térmica se destaca que su trabajo realizado es mediante altas temperaturas, mediante calor, por lo cual es necesario que se genere dicho calor para la producción del vapor que permite el movimiento de la turbina, esto es lo que permite que se obtenga un trabajo de rotación.
Cuando se destaca el término de máquina térmica externa, se resalta el hecho de que la combustión que se genera se da fuera de la máquina en general, lo que quiere decir que dado a que se produce el vapor por las altas temperaturas esto ocurre en la parte de afuera de la turbina. Además también se destaca la energía en movimiento que es la energía cinética que viene por parte del vapor ya que este está sometido a presiones, en los cambios de condiciones de la turbina se presenta cambios de la energía que genera la rotación de la turbina, en el proceso ocurre que el vapor presenta perdida tanto de presión como de calor, lo que quiere decir que disminuye la velocidad.
Historia
Anteriormente se presentaba en las ruedas hidráulicas el funcionamiento por parte de las turbinas de vapor, que generalmente hoy en día no se aprecia sin embargo, en diversos casos se presenta que en los rías se presentan los movimientos por parte de la fuerza de la corriente de agua.
Desde años atrás se presentó el uso de las turbinas de vapor, desde aproximadamente 1880 se realizó la construcción de las mismas, en dicho proceso intervinieron Charles A. Parsons y Carl Gustav de Laval, quienes fueron los que crearon dos tipos distintos de turbinas de vapor. Desde esos años hasta ahora se ha presentado un desarrollo relevante por parte de las turbinas de vapor así como presentar constantemente mejoras con respecto a la eficiencia de una turbina de vapor, lo materiales que se requieren para a construcción, resistencias, trabajo en temperaturas variantes y más.
Tipos
Se presentan distintos tipos de turbinas de vapor las cuales pueden diferenciarse por su funcionamiento, entre ellas se destacan que existen dos tipos de turbinas generales las cuales son las turbinas de vapor de acción y las turbinas de vapor acción – reacción, entre ellas se puede destacar distintas características.
Turbinas de acción
Las turbinas de acción se caracterizan por presentar un proceso de disminución del vapor, este se da en toda la sección en general lo cual viene dado por toberas, en el punto de salida que presentan las toberas, se presenta la transformación de la energía cinética que genera el movimiento de los álabes.
Turbinas de acción – reacción
Son conocidas como las turbinas de reacción, las cuales se caracterizan por su formación, los elementos que se presentan, son formadas específicamente por carretes con álabes fijos, así como también por álabes que presentan movimientos, los cuales se encuentran ubicados alternativamente, en el caso de los álabes fijos estos funcionan como una tobera que dirige todo el vapor hacia la que presenta movimientos.
Clasificación
Las turbinas de vapor se presentan clasificadas dependiendo de ciertas condiciones y criterios empleados para casos en específicos, para ello se consideran algunos de los mismos para destacar las clasificaciones de la turbina de vapor, entre los más destacados se presentan:
Según el número de etapas o escalonamientos
Las etapas o escalonamientos son puntos relevantes para la clasificación de una turbina de vapor, entre los cuales se destaca:
- Turbinas monoetapa: Son turbinas que se caracterizan por hacer uso de potencias medianas, y en ciertas ocasiones hacen uso de potencias muy pequeñas.
- Turbinas multietapa: Son aquellas turbinas de vapor en la que se presenta el empleo de potencias muy altas, por lo cual el rendimiento que la misma presenta es muy alto.
Según la presión del vapor de salida
El modo en que se presenta la presión en el proceso de una turbina de vapor es de relevancia, entre las cuales se presenta:
- Contrapresión: Las turbinas de vapor en contrapresión es cuando el vapor de escape se emplea con anterioridad en medio del proceso.
- Escape libre: Para este caso se presenta un escape del vapor hacia la atmósfera. Este tipo de turbinas no lleva a cabo un provecho de la energía óptimo ya que no todo el vapor de escape es empleado para los procesos de altas temperaturas.
- Condensación: En estas turbinas de condensación se destaca que el vapor de escape presenta un proceso de condensación con agua de refrigeración. Se destaca un alto rendimiento para este tipo de turbinas por lo cual se hace uso de ellas por maquinas que presentan potencias muy elevadas.
Según la forma en que se realiza la transformación de energía térmica en energía mecánica
El proceso de transformación de la energía es un factor relevante, entre los cuales se presenta
- Turbinas de acción: En este caso la transformación de energía se lleva a cabo en los álabes fijos.
- Turbinas de reacción: La transformación de energía viene dada tanto en los álabes que se presentan fijos como en los álabes que presentan movimiento.
Según la dirección del flujo en el rodete
El flujo en el rodete presenta una dirección en específica la cual es tomada en cuenta en las turbinas de vapor, entre ellas se encuentran.
- Axiales: Las turbinas de vapor axiales se destacan por el paso de vapor que viene dado por el seguimiento de un cono que presenta el mismo eje que el eje de la turbina, este es el caso normal que puede presentarse.
- Radiales: El paso de vapor viene dado por el seguimiento de cada una de las direcciones que presenta el eje de la turbina de manera perpendicular.
Turbinas con y sin extracción.
Las turbinas de vapor pueden presentar extracción, en ella se destaca que la corriente de vapor es extraída antes del punto en que llegue al paso de escape, mientras que al no presentar la extracción ocurre lo contrario, se presenta que el vapor llega directamente al escape.
Funcionamiento
Una turbina de vapor se puede presentar un funcionamiento como lo puede ser la caldera que se encuentra hirviendo agua, en él se genera vapor, en este tipo de procesos es diverso el tipo de combustible que se emplea para la realización del proceso, destacando que cuando se genera el vapor de agua es un vapor que se encuentra sometido a altas presiones y presenta altas velocidades.
A partir del vapor generado que llega a los conocido como toberas que son tubos de conducción que permite que el vapor de agua pueda llegar directamente hacia la turbina, en el momento en que se presenta la llegada del vapor en la turbina se presenta golpes de los álabes que generar que la turbina gire en su eje, el eje de la turbina se conoce como el rotor.
Se destaca que la caldera no es parte de la turbina de vapor, este es un elemento que se presenta externo a la turbina de vapor. Dado a que se presentan los elementos álabes los cuales son conocidos como carretes, destacando que las turbinas se encuentran formadas por cada uno de estos elementos y estos carretes también presentan álabes.
Por lo tanto, al emplearse la energía química como combustible para llevar a cabo el calentamiento del agua es cuando ocurre la transformación de la misma generando movimientos de rotación. En caso de que el rotor se presente unido a un elemento como puede ser un generador de electricidad, en el momento en que se produzca movimiento se generará corriente eléctrica.
En el momento en que se presenta salida de la turbina de vapor, se destaca la disminución de la fuerza así como menores temperaturas, destacando una disminución del calor, por lo que se aprovecha dicho vapor que se presenta en la salida llevando a cabo su condensación, en el se presenta un proceso de conversión de vapor gaseoso a un estado líquido, de tal manera que sea llevado nuevamente a la caldera y pueda ser calentado nuevamente para su posterior empleado otra vez en un circuito.
Presentándose un circuito cerrado de vapor-líquido a partir del cual se aprovecha la cantidad de calor, así como la presión que presenta el vapor a la salida de la turbina, lo que conlleva a que las pérdidas generadas sean menores en comparación al caso en que se lleva hacia la atmósfera que genera mayores pérdidas, en el caso en que las pérdidas sean elevadas entonces el rendimiento de la máquina serpa menor, por lo que conviene que el circuito sea cerrado para la obtención de un rendimiento mayor.
La condensación del vapor viene dado a partir del funcionamiento del condensador, en los cuales se presenta el uso de tubos que contienen agua fría, en el momento en que estos tubos hacen contacto con el vapor que viene da la turbina generan la disminución de temperatura del mismo lo que conlleva a condensarlo, en el momento en que es condensado el vapor y se presenta en fase líquida, se destaca aún la presencia de calor en el mismo, que al ser transferido nuevamente a la caldera en donde sigue presentando cierta cantidad de calor que permite que sea mayor la facilidad del proceso requiriendo una mínima energía para lograr pasarlo nuevamente al vapor que permite repetir el ciclo.
En estos procesos se presenta un elemento que permite el movimiento del vapor el cual es una bomba, que se encuentra ubicada en la zona inferior, esta bomba es de alta relevancia para que pueda transferirse el vapor nuevamente a la caldera, por lo cual se destaca la importancia de los distintos elementos que intervienen en este proceso.
El rendimiento de la turbina de vapor es de gran importancia, para que se presente una mejora del mismo es necesario que la turbina se presente enganchada al eje de otras turbinas, que pueden ser más de dos, de esta manera se comienzan a generar golpes a cada una de las turbinas en orden, de tal forma que sea el vapor el que genere dichos golpes hasta llegar a la última de la cual podrá salir. Al ocurrir este proceso se aprovecha al máximo la fuerza que presenta el vapor debido a los golpes a cada una de las turbinas, cuando se presenta a una sola turbina no es tan eficiente el proceso, ya que se requiere que el vapor pueda salir de la turbina con una presión mínima, por lo tanto se debe de aprovechar el vapor para que esto pueda ocurrir. Como por ejemplo se destaca el caso en que se presentan tres turbinas, estas son denominadas como turbina de alta presión, turbina de media presión y turbina de baja presión.
Aplicaciones
Dado al uso amplio que presentan las turbinas de vapor, se destacan distintas aplicaciones de las mismas, entre ellas se puede destacar su uso para motores de embarcaciones y motores monofásicos, ya que se requerían de altas potencias, además también han sido usadas para compresores, así como bombas, este tipo de usos destaca lo conocido como la energía eléctrica.
Actualmente se presentan distintos tipos de aplicaciones industriales en las cuales se destacan las turbinas de gas, así como turbinas de combustión interna que se destacan en los motores de los vehículos y tipos de motores eléctricos , entre otros.