Turbinas de vapor: Impulsando la red eléctrica de América

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

¿Cómo funcionan las turbinas de vapor?

Una turbina usa un rotor giratorio impulsado por un gas o líquido. Los rotores en turbinas de vapor son girados por vapor caliente gaseoso para funcionar. Los álabes están alojados dentro de un contenedor exterior sellado para maximizar la energía del vapor. El gas se expande y enfría al fluir junto a los álabes para pasar la mayor cantidad posible de la energía que originalmente contiene. A diferencia de otras turbinas, el flujo del vapor gira los álabes continuamente sin empujar ni jalar, así como sin esperar a que los pistones retornen.

Ventajas de las turbinas de vapor

Las turbinas de vapor giran generadores eléctricos a velocidades increíblemente altas y rotan mucho más rápido que turbinas de agua o viento. Por ejemplo, una turbina de vapor típica en una planta de energía rota a 1800-3600 rpm, mientras una turbina eólica gira a una fracción de eso y a menudo usa una caja de engranajes para impulsarla lo suficientemente rápido para producir electricidad. Las turbinas de vapor también son más pequeñas y necesitan menos espacio que una turbina que usa un arreglo pistón-cigüeñal-biela.

Tipos de turbinas de vapor

Turbinas de vapor de múltiples etapas — Las turbinas de vapor usadas en industria pesada son más complejas que lo descrito arriba. La mayoría de turbinas de vapor en uso hoy no tienen solo un conjunto de álabes en el rotor, sino usualmente varios conjuntos diferentes, llamados múltiples etapas. Cada etapa ayuda a extraer un poco más de energía del vapor antes de ser expulsado, reduciendo el número de turbinas necesarias. Cada etapa de álabes puede funcionar por reacción o impulso, con una turbina de vapor típica teniendo una mezcla de ambas etapas. Incluso pueden montarse en el mismo eje del rotor y girar al mismo tiempo.

Turbinas de vapor condensantes — Además de producir energía, algunas turbinas de vapor también pueden enfriar el aire al pasar a través de la unidad. Las turbinas condensantes se usan a menudo en grandes plantas de energía para generar electricidad. Convierten el vapor a agua en algunas partes mediante el uso de condensadores y torres de enfriamiento gigantes. El vapor se expande aún más extrayendo la energía máxima, haciendo el proceso de generación más eficiente. Se necesitan grandes cantidades de agua fría para condensar el vapor, por eso las plantas de electricidad a menudo se construyen junto a grandes masas de agua. Las turbinas no condensantes no enfrían el vapor, y en su lugar usan el calor para hacer agua caliente en un proceso conocido como calor y energía combinados (CHP).

Problemas asociados con turbinas de vapor

• El desequilibrio del rotor es uno de los problemas de mantenimiento más comunes asociados con turbinas de vapor. Puede llevar a vibración excesiva, que puede llevar a los álabes rompiéndose del rotor y entrando en la carcasa.
• Las turbinas de vapor deben operarse con vapor de alta calidad en forma de vapor sobrecalentado o saturado con alta fracción de sequedad. Si se usa otra forma de vapor, puede causar erosión en los álabes cuando el humedad arrastra. Deflectores y controles a menudo se usan para asegurar vapor de alta calidad.
• Los sellos en la turbina de vapor también pueden fallar y permitir líquido y otros contaminantes entrar en la unidad. Esto puede dañar los cojinetes de empuje, así como cualquier número de componentes. Desagües de condensado a menudo se instalan para asegurar la remoción de cualquier líquido que pueda entrar en la carcasa.

En general, los requisitos de mantenimiento de turbinas de vapor son simples y vienen con bajos costes. Cuando se operan a máxima eficiencia, una turbina de vapor puede durar más de 50 años.

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