Flujo a Través de Tapas Fijas y Móviles de Turbinas y Compresores.

República Bolivariana de Venezuela.[pic 1]

Ministerio del Poder Popular para la Defensa.

Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada Nacional Bolivariana.

Núcleo Sucre – Extensión Carúpano.

Carúpano, Bermúdez, Sucre.                                    

Bachilleres: José Santos CI. 22927372

Actividad: Ensayo Flujo a través de etapas fijas y móviles de turbinas y compresores.

El elemento básico de la turbina es la rueda o rotor que cuenta con palas, hélices, cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, su función es convierte en energía mecánica la energía de una corriente de agua, vapor de agua o gas. Esta energía mecánica se transfiere a través de un eje para proporcionar el movimiento de una máquina, un compresor, un generador eléctrico o una hélice

En cuanto a un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo aumentado la presión y reduciendo el volumen específico del mismo durante su paso a través del compresor Comparados con turbo soplantes y ventiladores centrífugos o de circulación axial, en cuanto a la presión de salida, los compresores se clasifican generalmente como máquinas de alta presión, mientras que los ventiladores y soplantes se consideran de baja presión.

        Ambos mecanismo son de gran empleo en la ingeniería ya que ambos son utilizados para realizar algún tipo de trabajo termodinámico. En los ciclo de potencia rankine podemos observar como la turbina térmica que por medio de vapor saturado que llega a esta provoca un movimiento giratorio sobre su eje produciendo una trabajo que nos genera energía, con referencia a los compresores podemos visualizarlos en  los ciclo de refrigeración como el mecanismo encargado de suministrarle energía al sistema por medio de un trabajo realizado. Esto dos ejemplos son solo por describir los dos ejemplos más usuales pero su campo es sumamente amplio en cuanto a su aplicación y mejoras de su eficiencia.

Una Turbina es el nombre genérico que se da a la mayoría de las turbo máquinas motoras. Éstas son máquinas de fluido, a través de las cuales pasa un fluido en forma continua y éste le entrega su energía a través de un rodete con paletas o álabes. Las turbinas constan de una o dos ruedas con paletas, denominadas rotor y estator, siendo la primera la que, impulsada por el fluido, arrastra el eje en el que se obtiene el movimiento de rotación.

Las turbinas pueden clasificarse en hidráulicas y térmicas. Las Turbinas Hidráulicas pueden ser  de Acción y Reacción las cuales la de acción; son  aquellas en las que el fluido de trabajo no sufre un cambio de presión importante en su paso a través de rodete, y las de reacción: Son aquellas en las que el fluido de trabajo si sufre un cambio de presión importante en su paso a través de rodete.

Las turbinas térmicas se dividen en turbinas a vapor las cual se encarga de 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, y las turbinas de gas la cual es similar a la máquina de vapor, excepto que en lugar de agua se usa el aire. El aire fresco de la atmósfera fluye a través de un compresor que lo eleva a una alta presión. Luego se añade energía dispersando combustible en el mismo y quemándolo de modo que la combustión genera un flujo de alta temperatura, este gas de alta temperatura y presión entra a una turbina, donde se expande produciendo el movimiento del eje durante el proceso.

Cuando hablamos de turbinas térmicas, suele hablarse de los siguientes subgrupos: turbinas a acción donde 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 estator. En el paso del vapor por el rotor la presión se mantendrá constante y habrá una reducción de la velocidad. Turbinas de reacción el salto entálpico o expansión del vapor puede realizarse tanto en el rotor como en el estator, cuando este salto ocurre únicamente en el rotor la turbina se conoce como de reacción pura neta.

Existen las turbinas eólicas con un mecanismo que transforma la energía del viento en otra forma de energía útil como mecánica o eléctrica. La energía cinética del viento es transformada en energía mecánica por medio de la rotación de un eje. Y la turbina submarina que es un dispositivo mecánico que convierte la energía de las corrientes submarinas en energía eléctrica. Consiste en aprovechar la energía cinética de las corrientes submarinas, fijando al fondo submarino turbinas montadas sobre torres prefabricadas para que puedan rotar en busca de las corrientes submarinas.

Para clasificar a una turbina dentro de esta categoría se requiere calcular el grado de reacción de la misma. Las turbinas de acción aprovechan únicamente la velocidad del flujo de agua, mientras que las de reacción aprovechan además la pérdida de presión que se produce en su interior.

En el lenguaje de las turbo máquinas se habla de triángulo de velocidades para referirse al triángulo formado por tres vectores los cuales son: La velocidad absoluta del fluido, la velocidad relativa del fluido respecto al rotor y  la velocidad lineal del rotor. Estos tres vectores forman un triángulo ya que la suma en un mismo punto es igual a en ese punto por leyes del movimiento relativo de la mecánica clásica (transformación de Galileo o composición de velocidades). El ángulo entre los vectores y es denotado α y el ángulo entre los vectores por β.

Las turbinas con Etapas de Velocidad Curtis, estas toman la energía cinética del vapor y la usan para impulsar dos o tres rotores acoplados a un mismo árbol; en este montaje es necesario instalar alabes fijos en medio de los rotores; denominando al conjunto de elementos fijos seguido de álabes móviles, una etapa. Este diseño fue desarrollado por el Ingeniero Curtís y por tal razón a ésta turbina se le denomina comúnmente como turbina Curtís. La admisión del vapor es parcial, es decir que únicamente los alabes móviles que se encuentran enfrente de las toberas reciben vapor, los otros álabes trabajan en vacío.

Turbinas con Etapa de Presión Rateau, en este tipo, cada etapa está compuesta por un grupo de alabes fijos que actúan como toberas, es decir permiten una caída de presión y por lo tanto un incremento de la energía cinética del vapor y a continuación un grupo de alabes móviles que reciben la energía del vapor que sale de los alabes fijos transformándola en trabajo al árbol; todos los rotores están acoplados al mismo árbol. Estas turbinas pueden tener varias etapas (entre 5 y 15) y normalmente el vapor cubre la totalidad (360°) de los alabes móviles (admisión total) y utilizan generalmente en su primera etapa una de velocidad, que puede ser de tipo Laval o Curtis. En estas turbinas el régimen de rotación es menor que en las turbinas Laval o Curtis, lo cual permite lograr una mayor vida de la misma, su inconveniente es que el árbol debe ser robusto, debido a su gran longitud. Su nombre se debe a su inventor. Tal como ha sido descrita ésta turbina sería como tener varias turbinas Laval.

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