Turbinas Y Compresores

Turbinas

Definición Etimológica

Del Francés “Turbine” palabra acuñada por primera vez en Francia en 1827, por el francés Benoit Fourneyron al inventar la primera turbina funcional, la palabra viene del latín “Turbo” que significa remolino

Historia

Desde tiempos inmemorables se ha aprovechado la fuerza mecánica generada por el flujo de algún fluido, el más básico de los ejemplos es la rueda de agua, usada en molinos, en China, Europa y otras partes del mundo.

Benoit Fourneyron fue educado en la École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne (Escuela Nacional Superior de Minería de San Étienne), mientras el asistía a clases muchos ingenieros, incluyendo a sus maestros, estaban aprendiendo a usar las teorías físicas y matemáticas, para así mejorar la rueda de Agua, impulsado por su tutor, el joven ideo un nuevo diseño de rueda de agua al cual llamo “Turbine” que constaba de una rueda de agua común y corriente pero que en vez de estar en posición vertical, quedaba horizontal y parcialmente sumergida en el agua, dicha turbina generaba alrededor de 6 Caballos de Fuerza algo así como 4.5 Kilowatts, usaba dos series de paletas encontradas en un Angulo de 45° para así poder aprovechar al máximo la energía producida por el agua, con este diseño gano un premio de 6000 francos ofrecido por la Sociedad Francesa por el Impulso de la Industria, por la invención de la primera turbina hidráulica comercial.

En la década siguiente Fourneyron continuo creando turbinas mas grandes y eficientes hasta que en 1837 logro innovar con una turbina de 1 pie de diámetro, que generaba aproximadamente 60 caballos de fuerza, que son 45 KW de potencia, que generaba unas fantásticas 2300 revoluciones por minuto, pesando unas 40 libras, tenia una eficiencia del 80%.

Dichas turbinas se usaron en las cataratas del Niagra en los Estados Unidos en 1895.

Tipos

Turbinas Hidráulicas

Son aquéllas cuyo fluido de trabajo no sufre un cambio de densidad considerable a través de su paso por el rodete o por el estator; éstas son generalmente las turbinas de agua, que son las más comunes, pero igual se pueden modelar como turbinas hidráulicas a los molinos de viento o aerogeneradores.

Dentro de este género suele hablarse de:

Turbinas de acción: Son aquellas en que el fluido no sufre ningún cambio de presión a través de su paso por el rodete. La presión que el fluido tiene a la entrada en la turbina se reduce hasta la presión atmosférica en la corona directriz, manteniéndose constante en todo el rodete. Su principal característica es que carecen de tubería de aspiración. La principal turbina de acción es la Turbina Pelton, cuyo flujo es tangencial. Se caracterizan por tener un número específico de revoluciones bajo (ns<=30). El distribuidor en estas turbinas se denomina inyector.

Turbinas de reacción: Son aquellas en que el fluido sí sufre un cambio de presión considerable a través de su paso por el rodete. El fluido entra en el rodete con una presión superior a la atmosférica y a la salida de éste presenta una depresión. Se caracterizan por presentar una tubería de aspiración, la cual une la salida del rodete con la zona de descarga de fluido. Estas turbinas se pueden dividir atendiendo a la configuración de los álabes. Así, existen las turbinas de álabes fijos (Francis->Flujo diagonal; Hélice->Flujo radial) y turbinas con álabes orientables (Deriaz->Flujo diagonal; Kaplan->Flujo radial). El empleo de álabes orientables permite obtener rendimientos hidráulicos mayores.

El rango de aplicación (una aproximación) de las turbinas, de menor a mayor salto es: kaplan-francis-pelton

El número específico de revoluciones es un número común para todas las turbinas/bombas geométricamente semejantes (de menor a mayor es: pelton-francis-kaplan). Cuanto mayor es el número específico de revoluciones, tanto mayor es el riesgo de cavitación de la turbina, es decir, una Turbina Kaplan tiene más probabilidad de que se dé en ella el fenómeno de la cavitación que en una Turbina Francis o una pelton.

Turbinas Térmicas

Son aquéllas cuyo fluido de trabajo sufre un cambio de densidad considerable a través de su paso por la máquina.

Estas se suelen clasificar en dos subconjuntos distintos debido a sus diferencias fundamentales de diseño:

Turbinas a vapor: su fluido de trabajo puede sufrir un cambio de fase durante su paso por el rodete; este es el caso de las turbinas a mercurio, que fueron populares en algún momento, y el de las turbinas a vapor de agua, que son las más comunes.

Turbinas a gas: En este tipo de turbinas no se espera un cambio de fase del fluido durante su paso por el rodete.

También al hablar de turbinas térmicas, suele hablarse de los siguientes subgrupos:

Turbinas a acción: en este tipo de turbinas el salto entálpico ocurre sólo en el estator, dándose la transferencia de energía sólo por acción del cambio de velocidad del fluido.

Turbinas a reacción: el salto entálpico se realiza tanto en el rodete como en el estator, o posiblemente, sólo en rotor.

Igual de común es clasificar las turbinas por la presión existente en ellas en relación a otras turbinas dispuestas en el mismo grupo:

Turbinas de alta presión: son las más pequeñas de entre todas las etapas y son las primeras por donde entra el fluido de trabajo a la turbina.

Turbinas de media presión.

Turbinas de baja presión: Son las últimas de entre todas las etapas, son las más largas y ya no pueden ser más modeladas por la descripción euleriana de las turbo máquinas.

Turbinas Eólicas

Una turbina eólica es 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. Esta energía mecánica puede ser aprovechada para moler, como ocurría en los antiguos molinos de viento, o para bombear agua, como en el caso del molino multipala. La energía mecánica puede ser transformada en eléctrica mediante un generador eléctrico

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