Asignacion de turbinas (gustavo godoy. maria ramirez)

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación

Universitaria

Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”

Extensión C.O.L – Sede Ciudad Ojeda

Asignación de Turbinas

Autor:

Br. Godoy GustavoCI: V- 20.455.225Br. Ramírez MaríaCI: V- 20.458.942

C/46Facilitador: Ing. Kenneth E

RosillónCiudad Ojeda, Mayo 2015

Turbinas de Vapor

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.

Además, tiene una serie de elementos estructurales, mecánicos y

auxiliares, como son cojinetes, válvulas de regulación, sistema de

lubricación, sistema de refrigeración, virador, sistema de control,

sistema de extracción de vahos, de aceite de control y sistema de

sellado del vapor.

Partes de una turbina

• El cuerpo del rotor, que

contiene las coronas

giratorias de alabes.

• La carcasa, conteniendo

las coronas fijas de

toberas.

• Alabes.

Imagen de las Partes de una

Turbina

Turbinas de acción

El cambio o salto entálpico o

expansión es realizada en los

álabes directores o las toberas de

inyección si se trata de la primera

etapa de un conjunto de turbinas,

estos elementos están sujetos al

estátor.

Turbinas de reacción

La expansión, es decir, el salto

entálpico del vapor puede realizarse

tanto en el rotor como en el estátor,

cuando este salto ocurre

únicamente en el rotor la turbina se

conoce como de reacción pura neta.

Clasificación

Características para una buena selección de turbinas a vapor

Criterios específicos para poder seleccionar una turbina de

vapor para utilizar en alguna aplicación:PotenciaRendimientoPrecioPrestigio de marca y tecnologíaMadurez técnica del modeloAdaptación del modelo a las condiciones de trabajo de la planta.

Características para una buena selección de turbinas a vapor

Disponibilidad garantizada

Tiempo de arranque

Coste del ciclo de vida

Curva de degradación de las prestaciones de la turbina con

el tiempo

Estandarización del repuesto

La selección de las turbinas de vapor puede hacerse siguiendo

gran cantidad de criterios por lo que se presentan los

siguientes:

1. Según la forma de aprovechamiento de la energía contenida en el flujo de vapor

(reacción o acción).

2. Según el número de etapas (multietapa o monoetapa).

3. Según la dirección del flujo de vapor (axiales o radiales).

4. Según si existe o no extracción de vapor antes de llegar al escape.

5. Según la presión de salida del vapor (contrapresión, escape libre o condensación)

Como seleccionar de manera eficiente un turbinas a vapor

Según la forma de aprovechamiento de la energía

contenida.Turbinas de impulso o acción

Aprovechan la energía cinética

del fluido (vapor a alta presión)

para producir trabajo, es decir, en

ellas el vapor, una vez

expansionado, obra por su gran

velocidad sobre los órganos

móviles de la turbina.



En la categoría de turbinas de

acción, el eje lleva una rueda o

disco con sus paletas

correspondientes, y la envuelta

las toberas por las que fluye el

vapor, ya expansionado,

chocando a gran velocidad contra

las paletas de la rueda y haciendo

girar a éstas con respecto a su eje

neutro correspondiente.



Dentro de esta categoría existen variedades:

Así, por ejemplo, la rueda o disco puede llevar una,

dos ó tres coronas de paletas correspondientes a

otras tantas escalas de velocidades.

También ser la rueda única o existir dos ruedas

giratorias en las que trabaje el vapor, haciéndolo

primero en una y sucesivamente en la otra donde

transforme en velocidad la presión que aún le

resta, después de trabajar en la primera. Estas

turbinas se dice tienen escalas de presión y de

velocidad.


contenida.Turbinas de vapor de reacción

En la turbina de reacción la energía

mecánica se obtiene de la aceleración del

vapor en expansión. Las turbinas de este

tipo cuentan con dos grupos de palas, unas

móviles y las otras fijas.

Las palas fijas están colocadas de forma

que cada par actúa como una boquilla a

través de la cual pasa el vapor mientras se

expande, llegando a las palas de las

turbinas de reacción, que se montan en un

tambor que actúa como eje de la turbina.


contenida.Turbinas de vapor de reacción

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.

Según el número de etapasTurbina de vapor con una sola etapa

Se utilizan para turbinas de hasta 2 MW de potencia, son de simple construcción, más robustas, seguras, de menores costes de instalación y mantenimiento que las multietapa.

Según el número de etapasTurbina de vapor de multietapa

El objetivo de los escalonamientos en

la turbina de vapor es disminuir la

velocidad del rodete conservando una

velocidad de los alabes próxima al

valor optimo con relación a la

velocidad de chorro de vapor. Si

tenemos una presión de vapor muy

elevada sin las etapas necesarias,

sería necesario que la turbina girase

a una velocidad muy alta, que no

sería viable mecánicamente por las

dimensiones que debería tener el

reductor.

Según el número de etapasTurbina de vapor de multietapa

Estas turbinas consiguen mejores rendimientos,

pueden absorber flujos de vapor de mucha

mayor presión, por lo que se utilizan para

turbinas de alta potencia.

Según la dirección del flujo de vapor

Turbina de vapor de flujo radial

Se realiza en etapas de alta presión, enviando parte del vapor de

vuelta a la caldera para sobrecalentarlo y reenviarlo a etapas

intermedias. En algunas ocasiones el vapor también puede ser

extraído de alguna etapa para derivarlo a otros procesos

industriales.

Según la dirección del flujo de vapor

Turbina de vapor de flujo axial

Es el método más utilizado, el paso de vapor se realiza siguiendo un cono que tiene el mismo eje que la turbina.

Según si existe o no extracción de vapor antes de llegar al

escapeTurbina de vapor con extracción

Realizado en etapas de alta

presión, enviando parte del

vapor de vuelta a la caldera

para sobrecalentarlo y

reenviarlo a etapas

intermedias o derivaciones

para otros procesos.

Según la presión de salida del vapor

Turbina de vapor con contrapresión

La presión del vapor a la salida

de la turbina es superior a la

atmosférica, suele estar

conectado aun condensador

inicial que condensa al vapor,

obteniéndose agua caliente o

sobrecalentada, que permite su

aprovechamiento térmico

posterior.

Según la presión de salida del vapor

Turbina de vapor con condensación

El vapor sale a una presión

inferior a la atmosférica, en este

diseño existe un mayor

aprovechamiento energético que

a contrapresión, se obtiene agua

de refrigeración de su

condensación. Este diseño se

utiliza en turbinas de gran

potencia que buscan un alto

rendimiento

Optimizar el funcionamiento de turbinas de vaporCiclos de potencia de vapor

El vapor es el fluido de trabajo más empleado en los ciclos de

potencia de vapor gracias a sus numerosas ventajas, como

bajo costo, disponibilidad y alta entalpía de vaporización.

Otros fluidos de trabajo incluyen al sodio, el potasio y el

mercurio en aplicaciones de alta temperatura. El objetivo

principal de una planta de potencia de vapor es producir

energía eléctrica.

El ciclo de Carnot no es un modelo adecuado para los

ciclos de potencia de vapor porque no se puede alcanzar en la

práctica. El ciclo modelo para los ciclos de potencia de vapor

es el ciclo Rankine.

Optimizar el funcionamiento de turbinas de vaporEl Ciclo Rankine

El ciclo Rankine es el ciclo ideal para las plantas de potencia de

vapor. El ciclo ideal Rankine, no incluye ninguna irreversibilidad

interna y está compuesto por los siguientes cuatro procesos

reversibles:1-2 Compresión isoentrópica en una bomba.

2-3 Adición de calor a presión constante en una caldera.

3-4 Expansión isoentrópica en una turbina.

4-5 Rechazo de calor a presión constante en un

condensador.

Optimizar el funcionamiento de turbinas de vapor

El ciclo ideal Rankine simple.


Análisis de energía del ciclo ideal Rankine

Los componentes del ciclo Rankine (bomba, caldera, turbina y

condensador) son dispositivos de flujo estacionario. Los cambios

en la energía cinética y potencial del vapor suelen ser pequeños

respecto de los términos de trabajo y de transferencia de calor y,

por consiguiente, casi siempre se ignoran. Por lo tanto, se aplican

las ecuaciones 2.62 y 2.63 que corresponden a la ecuación de

conservación de la masa y a la de conservación de la energía para

flujo estacionario.


Para la caldera:

Para la turbina:

Para el condensador:

Para la bomba:

Por ser el proceso en la bomba, adiabático reversible, se puede

utilizar la ecuación 2.120, resultando sencilla la integración ya que

el volumen específico del fluido en una bomba, se puede considerar

constante. Se escoge como volumen específico el volumen del

líquido saturado a la entrada de la bomba:


Ciclo De Potencia De Vapor Real

En el ciclo real se consideran las irreversibilidades en diversos componentes. La fricción del fluido y las pérdidas de calor indeseables hacia los alrededores son las dos fuentes más comunes de irreversibilidades.De particular importancia son las irreversibilidades que suceden dentro de la bomba y la turbina. Una bomba requiere una entrada de trabajo mayor, y una turbina produce una salida de trabajo más pequeña como consecuencia de las irreversibilidades. En condiciones ideales, el flujo por estos dispositivos es isoentrópico. La desviación de las bombas y turbinas reales de las isoentrópicas se compensa exactamente empleando eficiencias adiabáticas, definidas como


Para la bomba

Para la turbina

Donde los estados 1r y 3r son los estados de

salida reales de la bomba y la turbina

respectivamente, 1i y 3i son los estados

correspondientes para el caso isoentrópico.


Efecto de las irreversibilidades en el ciclo ideal Rankine


Eficiencia Térmica del Ciclo

La eficiencia térmica del ciclo es la eficiencia

para una máquina térmica.


Incremento de la eficiencia del ciclo Rankine

La eficiencia térmica del ciclo Rankine se incrementa elevando la

temperatura promedio a la cual se añade calor al fluido de trabajo y/o

disminuyendo la temperatura promedio a la cual se rechaza el calor hacia

el medio de enfriamiento, como un lago o un río. La temperatura promedio

durante el rechazo de calor se reduce bajando la presión de salida de la

turbina. En consecuencia, la presión del condensador esta bastante por

debajo de la presión atmosférica es decir corresponde a presión de vacío.

La temperatura promedio durante la adición de calor se incrementa

elevando la presión de la caldera o sobrecalentando el fluido altas

temperaturas. Sin embargo, hay un límite para el grado de

sobrecalentamiento, puesto que no se permite que la temperatura del

fluido exceda un valor metalúrgicamente seguro.


Ciclo Ideal Rankine con recalentamiento

El sobrecalentamiento tiene la ventaja adicional de disminuir el contenido

de humedad del vapor a la salida de la turbina. Sin embargo, al disminuir

la presión de escape o elevar la presión de la caldera se aumenta el

contenido de humedad. Para aprovechar las mejores eficiencias a

presiones más altas en la caldera y presiones menores en el

condensador, el vapor suele recalentarse después de que se expande

parcialmente en la turbina de alta presión. Esto se logra recalentando el

vapor nuevamente en la caldera, después de haberse expandido en la

turbina de alta presión. El vapor recalentado sale de la caldera y se

expande en la turbina de baja presión hasta la presión del condensador.

El recalentamiento disminuye el contenido de humedad a la salida de la

turbina.


Ciclo Ideal Rankine con Regeneración

Otra manera de aumentar la eficiencia térmica del ciclo Rankine es por

medio de la regeneración. Durante un proceso de este tipo, el agua

líquida (agua de alimentación ) que sale de la bomba se calienta

mediante algo de vapor extraído de la turbina a cierta presión intermedia

en dispositivos denominados calentadores de agua de alimentación. Las

dos corrientes se mezclan en calentadores de agua de alimentación

abiertos, y la mezcla sale como un líquido saturado a la presión del

calentador. En calentadores de agua de alimentación cerrados, el calor se

transfiere del vapor al agua de alimentación sin mezcla. Por tanto, un

calentador de agua de alimentación abierto es, en esencia, una cámara

de mezcla, y un calentador de agua de alimentación cerrado es un

intercambiador de calor.


Fig. El ciclo ideal Rankine con recalentamiento.


Fig. El ciclo ideal Rankine regenerativo con un calentador de agua de alimentación abierto.


Fig. El ciclo ideal Rankine regenerativo con un calentador de agua de alimentación cerrado.

Gracias

Asignación de Turbinas

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