Serie de equipos:turbinas de vapor

La próxima entrega de nuestra serie de equipos se centra en las turbinas de vapor. Una turbina de vapor es un tipo de generador que extrae energía del vapor presurizado y la aplica para trabajo mecánico con el uso de un eje de salida giratorio. A menudo se utiliza como accionamiento en generadores eléctricos. De hecho, la mayor parte de la electricidad generada en los Estados Unidos se hace mediante el uso de turbinas de vapor.

¿Cómo funcionan las turbinas de vapor?

Una turbina utiliza un rotor giratorio impulsado por un gas o líquido. Los rotores de las turbinas de vapor se hacen girar con vapor gaseoso caliente para que funcionen. Las cuchillas están alojadas dentro de un contenedor exterior sellado para maximizar la energía del vapor. El gas se expande y se enfría a medida que pasa por las aspas para transmitir la mayor parte de la energía que contiene originalmente. A diferencia de otras turbinas, el flujo de vapor hace girar las palas continuamente sin empujar ni tirar, así como sin esperar a que regresen los pistones.

Pros de las turbinas de vapor

Las turbinas de vapor hacen girar los generadores de electricidad a velocidades increíblemente altas y giran mucho más rápido que las turbinas de agua o viento. Por ejemplo, una turbina de vapor típica que se encuentra en una planta de energía gira entre 1800 y 3600 rpm, mientras que una turbina eólica gira a una fracción de eso y, a menudo, usa una caja de cambios para impulsarla lo suficientemente rápido como para producir electricidad. Las turbinas de vapor también son más pequeñas y necesitan menos espacio que una turbina que utiliza una disposición de pistón-cilindro-manivela.

Tipos de turbinas de vapor

Turbinas de vapor de etapas múltiples:las turbinas de vapor utilizadas en la industria pesada son más complejas que las descritas anteriormente. La mayoría de las turbinas de vapor que se usan hoy en día no tienen un solo juego de álabes en el rotor, sino que generalmente tienen varios juegos diferentes, llamados etapas múltiples. Cada etapa ayuda a extraer un poco más de energía del vapor antes de que sea expulsado, reduciendo la cantidad de turbinas necesarias. Cada etapa de los álabes puede funcionar por reacción o por impulso, y una turbina de vapor típica tiene una mezcla de ambas etapas. Incluso pueden montarse en el mismo eje del rotor y girar al mismo tiempo.

Turbinas de vapor de condensación:además de producir energía, algunas turbinas de vapor también pueden enfriar el aire que pasa por la unidad. Las turbinas de condensación se utilizan a menudo en grandes centrales eléctricas para generar electricidad. Convierten el vapor en agua en algunas partes mediante el uso de condensadores y torres de enfriamiento gigantes. El vapor se expande aún más mientras extrae la máxima energía, lo que hace que el proceso de generación sea más eficiente. Se necesitan grandes cantidades de agua fría para condensar el vapor, por lo que las centrales eléctricas suelen construirse junto a grandes masas de agua. Las turbinas sin condensación no enfrían el vapor, sino que utilizan el calor para producir agua caliente en un proceso conocido como calor y energía combinados (CHP).

Problemas asociados con las turbinas de vapor

• El desequilibrio del rotor es uno de los problemas de mantenimiento más comunes asociados con las turbinas de vapor. Puede provocar una vibración excesiva, lo que puede hacer que las aspas se separen del rotor y entren en la carcasa.
• Las turbinas de flujo deben funcionar con vapor de alta calidad en forma de vapor sobrecalentado o saturado con una alta fracción de sequedad. Si se usa otra forma de vapor, puede causar erosión en las aspas cuando la humedad se transfiere. A menudo se utilizan deflectores y controles para garantizar un vapor de alta calidad.
• Los sellos de la turbina de vapor también pueden fallar y permitir que entren líquidos y otros contaminantes en la unidad. Esto puede dañar los cojinetes de empuje, así como cualquier otro número de componentes. A menudo se instalan drenajes de condensación para garantizar la eliminación de cualquier líquido que pueda entrar en la carcasa.

En general, los requisitos de mantenimiento de las turbinas de vapor son simples y de bajo costo. Cuando se opera con la máxima eficiencia, una turbina de vapor puede durar más de 50 años.

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