Turbinas de vapor

CICLOS DE RANKINE  

William John M. Rankine (1820-1872), profesor de la Universidad de Glasgow, fue contemporáneo de los gigantes de la termodinámica Joule, Maxwell, Kelvin y Clausius. Durante la vida de estos cinco hombres, y en gran parte debido a sus empeños, se formularon e interpretaron las leyes y los conocimientos de la termodinámica. Rankine no tuvo pequeña participación en estos logros. Destacó como hombre de talentos diversos y un prolífico contribuidor a la literatura científica y técnica de sus días. Entre sus obras publicadas se tiene un importante texto de mecánica analítica, un manual para ingenieros civiles, y diversas obras acerca del suministro de aguas, del motor de vapor, la construcción naval, y de muchas otras materias de naturaleza técnica, sin dejar de mencionar su obra musical Songs and Fables (Canciones y fábulas), se dio a conocer también como compositor y notable cantante. La modificación que realizó de la fórmula de Gordon para las columnas se utiliza ampliamente en la actualidad.

El vapor sale de la caldera, por ejemplo, en el estado 1, es conducido a la máquina sin pérdidas (ciclo ideal), se expande isentrópicamente en el motor ideal   hasta el estado 2, y pasa luego al condensador. El agua de circulación condensa el vapor a líquido saturado en 3, desde donde se bombea isentrópicamente al generador de vapor en el estado de líquido comprimido a subenfriado. Por lo general entra al economizador del generador de vapor antes de ingresar al tambor de la caldera (fig. 9/3). Observe el proceso irreversible de mezcla de agua fría a la temperatura tB con el agua caliente de la caldera a la temperatura t4 = tI' El líquido comprimido en B se calienta hasta la saturación en 4, después de lo cual se convierte en vapor saturado al llegar a 1, y se repite el ciclo. Si el vapor se sobrecalienta antes de que salga del generador, el ciclo de Rankine correspondiente sería ef-3-B-4-e. Corno el generador de vapor, la turbina, el condensador y la bomba de alimentación se consideran todos corno máquinas de flujo continuo, la ecuación aplicable es Q = h + K + W En el ciclo ideal, K se torna siempre igual a cero para cada proceso.  

Condensador del tipo de superficie. Unidad de dos pasos. Las placas de metal perforadas, llamadas porta tubos, situadas a uno y otro extremos, de los tubos, proporcionan apoyo y mantienen la separación entre el agua de enfriamiento y el vapor que se condensa.  

George Brayton (3 de octubre de 1830 – 17 de diciembre de 1892) nació en Rhode Island, hijo de William H. Y Minerva (Bailey) Brayton. Fue un ingeniero mecánico americano que vivió con su familia en Boston y quién introdujo el motor de presión constante que es la base para la turbina de gas, que ahora se conoce como el ciclo de Brayton.

CICLO DE BRAYTON  

Se muestran esquemas que explican el funcionamiento de este ciclo. Está diseñado como ciclo abierto o como ciclo cerrado, dependiendo de su utilización, y la gran mayoría de las turbinas de gas, actualmente en funcionamiento, pertenecen a la variedad de ciclo abierto, con un sistema de admisión expuesto a la atmósfera y quema de combustible en este aire. La parte de la máquina hasta antes de la turbina se llama gasificador. Los ciclos cerrados de la turbina de gas pueden emplear una sustancia de trabajo diferente del aire; por ejemplo, el argón o el helio pueden usarse en un reactor nuclear como fuente de energía, porque por alguna razón- no son tan propensos a volverse radiactivos (y el helio posee un coeficiente de transferencia de calor mucho más alto que el aire, lo cual permite un menor cambio de calor). La sustancia operante en el ciclo cerrado se encuentra a presiones más altas que la atmosférica en todos los puntos, el gas más denso sirve para reducir el volumen ocupado por el equipo, y el trabajo por unidad de masa puede hacerse que sea casi el mismo. El trabajo neto W es el trabajo total de la turbina W{ menos el trabajo total del compresor Wc (incluyendo todas las etapas de compresión), y puede impulsar una hélice, un generador u otra máquina. Existen equipos auxiliares que consumen trabajo en la máquina real, los cuales no serán considerados.  El Ciclo de Brayton. También se conoce como ciclo de Joule. La temperatura tope está determinada por la capacidad de los materiales empleados para resistir los efectos del calor.  

A Herón, sabio de Alejandría, se le acredita la invención de la primera turbina de gas (vapor de agua), aproximadamente en el año 120 a.C. El instrumento constaba de un pequeño globo de metal, denominado eolipila, montado entre dos tubos conectados a una olla de vapor. El vapor salía por otros dos pequeños tubos en forma de L, unidos a lados opuestos del globo, haciéndolo girar, en el mismo sentido y no producía trabajo de salida.

La primera turbina de gas (aire) que produjo trabajo probablemente fue el molino de viento. Comenzó a ser utilizado en el Oriente Medio en los años 900, y en Europa en los años 1100. En los años 1600 ya se empleaban dispositivos instalados sobre los fogones de algunas cocinas que hacían dar vueltas a la carne colocada en un asador; los gases calientes provenientes del fuego hacían girar una especie de ventilador que estaba conectado al asador.

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