Cosas que debes saber sobre la turbina

Pensando en cómo un fluido de trabajo se convierte en energía mecánica útil y/o energía eléctrica, debe pensar en una turbina. Se conoce como turbomáquina a la que contiene una parte móvil denominada conjunto rotor. El dispositivo tiene una amplia aplicación que incluye automóviles, aeroespacial, generador eléctrico, motor de turbina de gas, etc.

Hoy conocerás la definición, aplicaciones, funciones, componentes, clasificaciones, tipos, funcionamiento, ventajas y desventajas de una turbina.

¿Qué es una turbina?

Una turbina es un dispositivo mecánico rotatorio que extrae energía de un flujo de fluido y la convierte en energía mecánica y eléctrica útil. Esto significa que el trabajo producido por una turbina se puede utilizar para generar energía eléctrica cuando se combina con un generador.

En el sistema hay un conjunto de álabes montados en un rotor que extrae energía del fluido en movimiento. Por lo tanto, las turbinas pueden ser más eficientes y efectivas que las demás, ya que existen diferentes tipos. Bueno, el diseño de un álabe de turbina tiene mucho que decir sobre su eficiencia. Es por eso que diferentes aplicaciones necesitan diferentes diseños.

además, una turbina también puede verse como un dispositivo que aprovecha la energía cinética de un fluido como el aire, el agua, el vapor e incluso los gases de combustión. La energía creada luego se convierte en el movimiento de rotación del propio dispositivo, que se usa más para generar energía.

La palabra turbina fue introducida en 1822 por el ingeniero de minas francés Claude Burdin. En una palabra griega, significa "vórtice" o "torbellino". El crédito por la invención de la turbina de vapor se le da al ingeniero anglo-irlandés Sir Charles Parsons (1854 - 1931) por crear una turbina de reacción. Entre 1845 y 1913, el ingeniero sueco Gustaf de Laval inventó la turbina de impulso. Hoy en día, una turbina de vapor está diseñada para utilizar tanto la reacción como el impulso en la misma unidad, variando típicamente el grado de reacción e impulso desde la raíz del álabe hasta su periferia.

Aplicaciones de turbina

Las aplicaciones de las turbinas son ampliamente utilizadas en la generación de energía eléctrica. De hecho, una gran proporción de la energía eléctrica mundial es generada por turbogeneradores.

Las turbinas se utilizan en motores de turbinas de gas en tierra, mar y aire.

Los motores de pistón de combustión interna utilizan turbocompresores para aumentar la eficiencia y la velocidad del motor.

Los turboexpansores se utilizan para refrigeración en procesos industriales.

Los motores principales del transbordador espacial usaban turbobombas (una máquina que consiste en una bomba impulsada por un motor de turbina) para alimentar los propulsores (oxígeno líquido e hidrógeno líquido) en la cámara de combustión del motor.

Las aplicaciones de turbinas también son comunes en motores térmicos debido a su alta eficiencia a alto rendimiento. Las turbinas de gas se utilizan con frecuencia en motores térmicos debido a su flexibilidad.

Una de las aplicaciones específicas de las turbinas de gas es en los motores a reacción.

Las turbinas eólicas que funcionan transformando la energía cinética del viento en energía mecánica se utilizan para generar electricidad haciendo girar un generador. La turbina puede estar en tierra o pueden ser turbinas eólicas marinas.

Las turbinas de agua se utilizan en centrales hidroeléctricas. Utilizan agua como fluido de trabajo. Finalmente,

Las turbinas de vapor se utilizan en centrales nucleares y térmicas. El agua se calienta para formar vapor y luego se hace fluir a través de turbinas para producir electricidad.

Nota :la función principal de una turbina es la generación de energía.

Componentes de turbina

Debido a que existen diferentes tipos de turbinas, sus componentes variarán. Por ejemplo, una turbina Kaplan utiliza un generador que consta de un arrancador, un rotor, un eje, una compuerta y álabes. Una turbina de flujo cruzado que es una turbina de impulso modificado tiene sus componentes como rodete, álabes, parte de flujo de agua y distribuidor. Finalmente, los componentes de la turbina Pelton incluyen impulsor (corredor), boquilla, lanza, varilla de lanza, entrada, placa deflectora, cubetas y descarga. Todas estas partes de la turbina se explicarán a continuación junto con su diagrama. ¡Solo quédate conmigo!

Esquema de turbina hidroeléctrica:

Clasificaciones y tipos de turbinas

A continuación se indican las clasificaciones de la turbina que se utilizan para determinar sus tipos.

Clasificaciones basadas en el intercambio de energía entre el agua y la máquina.

Así es como reacciona el flujo de fluido en las palas de la turbina, lo que provoca turbinas hidráulicas. Se puede clasificar en dos; turbinas de impulso y reacción.

Turbinas de impulso:

La turbina de impulso se conoce porque su rueda es impulsada por la energía cinética de un fluido que golpea las palas de la turbina a través de una boquilla o de otra manera. En este tipo de turbinas, un conjunto de maquinaria rotatoria es accionada por la presión atmosférica. Las turbinas de impulso son adecuadas para caudales elevados y caudales bajos.

Los tres tipos de turbinas de impulso son Pelton, Turgo y Cross-flow. Aunque, las turbinas Pelton y Turgo son similares en construcción. Sin embargo, la turbina de flujo cruzado es un tipo modificado de turbina de impulso, pero solo se clasifica como impulso. Esto se debe a la rotación del rodete a la presión atmosférica.

Turbinas de reacción:

Los tipos de reacción de las turbinas funcionan debido a la suma de la energía potencial y la energía cinética del agua. Esto se debe a que la presión y la velocidad, respectivamente, hacen que las palas de la turbina giren. Toda la turbina se sumerge en agua en este tipo de turbinas. Cambia la presión del agua junto con la energía cinética del agua, lo que provoca el intercambio de energía. Las aplicaciones de estas turbinas suelen ser a cabezas más bajas y caudales más altos que las turbinas de impulso. Los tipos comunes de turbinas de reacción son Francis, Kaplan y Deriaz.

Basado en el fluido directamente a través de la máquina

Las clasificaciones de tipos de turbinas basadas en el fluido directamente a través de la máquina son el paso del agua a través de la turbina. Se divide en cuatro categorías:

Turbina de flujo radial:

En los tipos de turbinas de flujo radial, el flujo en el rodete se mueve radialmente. Esta turbina se divide en dos tipos:flujo radial hacia adentro y flujo radial hacia afuera. Las turbinas Francis son buenos ejemplos de turbinas de flujo radial.

Turbina de flujo radial hacia adentro – el agua ingresa a la carcasa de la turbina a través de una tubería forzada, y viaja a través de las paletas guía fijas hasta el rotor, y sale de allí. Por lo tanto, los diámetros interior y exterior son como la salida y la entrada, respectivamente.

Turbina de flujo tangencial o periférico:

En este tipo de turbinas, el agua fluye en dirección tangencial al rodete. Las turbinas Pelton entran en esta categoría.

Turbina de flujo axial:

El fluido fluye paralelo al eje de la turbina (eje de la turbina) en este tipo de turbinas. Kaplan es un tipo.

Turbinas de flujo mixto:

En esta turbina el flujo entra radialmente y sale axialmente. Las turbinas Francis modernas son conocidas por esta función.

Los diferentes tipos de turbinas se basan en el rango operativo hidráulico.

Estos tipos de turbinas de agua son de tres categorías:

Turbina de cabeza baja:

Cuando una turbina hidráulica que opera en el rango de cabeza de menos de 45 metros se clasifica como cabeza baja. La turbina Kaplan es uno de estos tipos. Si la cabeza es inferior a 3 metros, se considera una cabeza ultrabaja.

Turbina de cabeza media:

En este tipo, el rango de trabajo para cabezales de 45 a 250 metros se considera como cabezales medios. Las turbinas Francis operan en tales condiciones.

Turbinas de cabeza alta:

Estas turbinas se han dirigido a más de 250 metros. La turbina Pelton es un buen ejemplo.

Clasificaciones y tipos de turbinas en función de su velocidad específica

La velocidad específica de una turbina se denota por N_s. se define como la velocidad de una turbina con una similitud geométrica que genera una unidad de potencia bajo una unidad principal. Según este parámetro, las turbinas de agua se clasifican en tres clases:

Turbina de baja velocidad específica:

Una turbina de baja velocidad específica tiene un valor entre 1 y 10. Los tipos de turbinas de impulso operan en este rango. Por ejemplo, la turbina Pelton generalmente opera a una velocidad específica de 4.

Turbina de velocidad específica media:

Estos tipos de turbinas operan en un rango de velocidad específico de 10 a 100. El tipo Francis trabaja en esta proporción.

Turbina de alta velocidad específica:

Las altas velocidades específicas están por encima de 100, que es como funciona la turbina Kaplan.

Funcionamiento de una turbina

El funcionamiento de una turbina es bastante simple y fácil de entender. Aunque su funcionamiento puede ser diferente según los tipos de turbina. En este artículo, explicaré las turbinas de gas.

En una turbina de gas, el aire comprimido se calienta y se mezcla con algo de combustible. La mezcla se enciende y experimenta una rápida expansión. Este aire en expansión entra en la turbina y hace que gire. Debido al aire comprimido, las grandes altitudes no afectan la eficiencia de las turbinas. Por eso son perfectos para los aviones. Vea el diagrama a continuación:

Mire el video a continuación para obtener más información sobre el funcionamiento de las turbinas de gas:

Conclusión

Las turbinas se han explicado como un dispositivo mecánico rotatorio que extrae energía de un fluido de trabajo que se convierte en energía útil. Eso es todo por un post donde damos la definición, aplicaciones, función, componentes, diagrama, tipos y funcionamiento de una turbina.

Espero que obtenga mucho de esta publicación, si es así, compártala con otros estudiantes. Gracias por leer. ¡Hasta la próxima!