DOCENTE: Ing. Serapio Quillos Ruiz

1 Ing. Serapio Quillos Ruiz

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERIA

E.A.P. INGENIERIA MECNICA

MQUINAS TRMICAS II

PRDIDAS y RENDIMIENTOS

2 Ing. Serapio Quillos Ruiz

PRDIDA DE ENERGA

Debido a diferentes factores, se tienen prdidas internas o externas de energa en las turbinas que

genera a una disminucin en la eficiencia total de

stas, representadas entre otras en un incremento en

la energa trmica del fluido que se necesita para

convertirla en un trabajo mecnico til.

Adems de esto, la cada real de entalpa es menor que la calculada inicialmente para un ciclo ideal o

adiabtico para luego ser transformada en trabajo

mecnico en el eje de la turbina.

3 Ing. Serapio Quillos Ruiz

PRDIDA EN LA TURBINA

Prdidas en las Toberas y los labes.

Prdidas en los discos o ruedas de turbina.

Prdidas por admisin parcial.

Prdidas por fuga de fluido en los sellos internos y externos.

Prdidas por la velocidad residual.

Prdidas Mecnicas.

4 Ing. Serapio Quillos Ruiz

PRDIDA EN LA TURBINA

Prdidas por rozamiento en los labes distribuidores.

Prdidas por rozamiento en los labes de la corona mvil.

Prdidas por velocidad a la salida.

Prdidas por rozamientos de los discos, ventilacin de los labes no inyectados en inyeccin parcial.

5 Ing. Serapio Quillos Ruiz

CORONAS DE PALETAS

6 Ing. Serapio Quillos Ruiz

CHOQUE DE CONDENSACIN

Cuando el vapor se expande sbitamente desde un estado sobrecalentado, a travs de la lnea de

saturacin de vapor, aparecen unas condiciones de

equilibrio metaestable en el cual el vapor no se

condensa inmediatamente, al pasar por el punto 1.

Sino que no tiene lugar un cambio en las caractersticas del vapor, que continua siguiendo las

leyes que gobiernan el vapor sobrecalentado durante

un cierto tramo por debajo del punto 1, hasta que se

alcanza una determinada presin ms baja.

7 Ing. Serapio Quillos Ruiz

CHOQUE DE CONDENSACIN

En ese momento ocurre una condensacin repentina, y el estado del sistema vuelve a ser de equilibrio

termodinmico, teniendo el vapor una calidad definida

por la presin y el volumen especfico (o la entropa)

en el punto 2.

Dicho fenmeno se da en la prctica tanto en las turbinas como en toberas, en las que se producen

expansiones sbitas.

8 Ing. Serapio Quillos Ruiz

CHOQUE DE CONDENSACIN

9 Ing. Serapio Quillos Ruiz

CHOQUE DE CONDENSACIN

El vapor en la regin 1 => 2 se denomina vapor sobresaturado o subenfriado. El lugar geomtrico de

los puntos 2 a distintas presiones, que en realidad

constituye una banda o zona, recibe el nombre de

Lnea de Wilson.

Esta lnea est situada unos 140 kJ/kg por debajo de la lnea de saturacin de vapor en el diagrama de

Mollier.

10 Ing. Serapio Quillos Ruiz

CHOQUE DE CONDENSACIN

11 Ing. Serapio Quillos Ruiz

CHOQUE DE CONDENSACIN

Cuando la expansin del vapor cruza la lnea de Wilson, retorna el equilibrio termodinmico a travs

de una condensacin sbita.

Ello libera la entalpa de vaporizacin del vapor condensado y se traduce en un repentino aumento de

presin y la consiguiente reduccin del volumen

especfico y velocidad del vapor.

El fenmeno se conoce como choque de condensacin, y es parecido, aunque no idntico, al

choque tpico que tiene lugar en las toberas

supersnicas. Se trata de un proceso esencialmente

irreversible que produce una prdida adicional de

rendimiento.

12 Ing. Serapio Quillos Ruiz

PRDIDA POR ROZAMIENTO

El rozamiento del fluido es la causa ms importante de todas las prdidas en las turbinas.

Se produce a travs de toda la turbina. Para empezar, aparece un rozamiento en las toberas de vapor. El

siguiente es el que se produce en las paletas, que

anteriormente se ha visto que poda minimizarse

reduciendo las velocidades del vapor mediante un

escalonamiento.

La prdidas por rozamiento del fluido pueden totalizar alrededor de un 10 % de toda la energa utilizable por

la turbina.

13 Ing. Serapio Quillos Ruiz

FALTA POR ENTANQUEIDAD

Las fugas de vapor pueden producirse dentro o hacia el exterior de una turbina.

Dentro de la turbina, el vapor puede escaparse entre los extremos de las paletas mviles y la carcasa, en

los casos donde existe una cada de presin a lo largo

de stas, como ocurre en una turbina de reaccin.

Dichas prdidas son tanto ms grandes cuanto mayor sea la cada de presin, es decir en las etapas de

presin ms alta, y cuanto mayor sea la relacin entre

la holgura paleta-carcasa y la altura de la paleta. Este

vapor que se pierde sufre un proceso de

estrangulacin y representa una prdida de energa

til.

14 Ing. Serapio Quillos Ruiz

PRDIDAS POR HUMEDAD

La presencia de gotitas de lquido causa otras prdidas.

Estas gotitas tienen una distribucin de velocidades y tamaos dada, diferente a la del chorro en una tobera

de lquido.

Algunas de estas gotas de baja velocidad salpican contra las paletas mviles, es decir inciden sobre ellas

con ngulos distintos al de diseo, reduciendo as el

trabajo mecnico desarrollado por el rotor.

Otras son aceleradas por el propio vapor del que toman parte de su energa intercambiando con l una

cierta cantidad de movimiento.

15 Ing. Serapio Quillos Ruiz

PALETA DE TURBINA CON SURCOS DE EXTRACCIN DE HUMEDAD

16 Ing. Serapio Quillos Ruiz

PRDIDAS EN EL ESCAPE

Ya se ha mencionado que en cada etapa individual, tanto de impulso como de reaccin, de una turbina,

existen unas velocidades residuales de salida del

vapor.

La energa cintica correspondiente, en general, se recupera en las etapas siguientes, excepto para el

caso de la ltima corona de la turbina.

La velocidad de salida de sta, de un vapor a baja presin con un volumen especfico mximo, as como

la energa cintica asociada, representa unas prdidas

para la turbina.

17 Ing. Serapio Quillos Ruiz

PRDIDAS POR TRANSMISIN DE CALOR

La conduccin tiene lugar internamente a travs del metal entre las distintas etapas y viene favorecida por

la conveccin, que se origina en gran parte debido a

las elevadas velocidades del vapor.

La conduccin aparece tambin entre la carcasa de la turbina y su cimentacin.

Las prdidas por conveccin y radiacin se producen desde la carcasa de la turbina hacia la atmsfera del

edificio de turbinas y son ms pronunciadas para el

cuerpo de alta presin, en el que las temperaturas del

vapor son mximas.

18 Ing. Serapio Quillos Ruiz

PRDIDAS MECNICAS Y ELCTRICAS

Una vez que la turbina ha extrado un trabajo del sistema, ha de suministrarlo al generador elctrico.

Con ello, aparecen prdidas por rozamiento en

cojinetes, en el mecanismo de regulacin y en la caja

reductora, si es que existe. Tambin ha de desarrollar

un cierto trabajo mecnico requerido por distintos

accesorios como las bombas de aceite lubricante, etc.

Las prdidas mecnicas son prcticamente constantes e independientes de la carga.

Por otra parte, este porcentaje es tanto menor cuanto mayor sea la turbina. En general, las prdidas

mecnicas son bastante pequeas, ascendiendo a

alrededor de un 1 % o menos de la energa de la

turbina.

19 Ing. Serapio Quillos Ruiz

PUNTO DE OPERACIN ECONMICA

Prdidas que decrecen con el aumento de la potencia, como ser, las prdidas por ventilacin de paletas

inactivas.

Prdidas constantes, tales como prdidas mecnicas en cojinetes, accionamiento de accesorios, prdidas

de calor al exterior.

Prdidas proporcionales a la carga, tales como las fugas en los laberintos y por los extremos de paletas.

Prdidas que crecen con el cuadrado de la carga, como la energa cintica de salida.

La suma de las prdidas y forma una curva. El mnimo de la curva define el punto de operacin econmica:

20 Ing. Serapio Quillos Ruiz

PUNTO DE OPERACIN ECONOMICA

MUCHAS GRACIAS

Ing. Serapio Quillos Ruiz

21