Comprender la turbina de reacción

Al ser un tipo especial de turbina utilizada en centrales hidroeléctricas, la turbina de reacción se utiliza en todo el mundo para la generación de electricidad. Se estima que alrededor del 60% de las turbinas utilizadas en centrales hidroeléctricas son turbinas de reacción, aunque aún compiten con las turbinas de impulso. Una turbina de reacción está construida con filas de álabes fijos y filas de álabes móviles. Estas palas fijas actúan como toberas y las palas móviles se mueven como consecuencia del impulso de vapor recibido (provocado por un cambio de momento). Además, como consecuencia de la expansión y aceleración del vapor respecto a ellas, siguen actuando como toberas. Esto se explicará con más detalle, ¡quédate conmigo!

Hoy conocerá la definición, las aplicaciones, la función, los componentes, el diagrama, los tipos y los principios de funcionamiento de una turbina de reacción. También conocerá las ventajas y desventajas de esta turbina de reacción.

¿Qué es una turbina de reacción?

Una turbina de reacción funciona con la tercera ley de movimiento de Newton (la acción y las reacciones son iguales y opuestas). El sistema genera torque en respuesta a la presión y el peso del fluido. En su funcionamiento, el agua primero golpea las cuchillas fijas y luego golpea la boquilla.

En una turbina de reacción, la suma de la energía potencial y la energía cinética del agua debido a la presión y la velocidad, respectivamente, hace que las palas de la turbina giren. Todo el cuerpo de esta turbina está sumergido en agua y los cambios en la presión del agua junto con la energía cinética del agua provocan un intercambio de energía. Las aplicaciones de una turbina de reacción suelen ser a cabezas más bajas y caudales más altos que el tipo de impulso.

Las palas de la turbina o las palas del impulsor están diseñadas para poder generar una fuerza en un lado cuando el agua fluye a través de él como un perfil aerodinámico. En un avión, la fuerza producida por un perfil aerodinámico es responsable de su elevación. De manera similar, aquí, la fuerza hace que las cuchillas giren.

Los diferentes tipos de turbinas de reacción tienen sus propias condiciones ideales de operación. Por ejemplo,

• Se prefieren las turbinas Pelton cuando se puede obtener una tasa de descarga baja y se dispone de una cabeza alta (80-1600 m).
• Las turbinas Kaplan requieren una alta tasa de descarga junto con una cabeza baja o media (2-70 m).
• La turbina Francis funciona con un caudal medio y una cabeza media. La turbina Francis es una combinación de turbinas de impulso y reacción.

Las turbinas Francis son las turbinas más utilizadas porque ofrecen la mayor eficiencia y también pueden funcionar en una amplia gama de condiciones operativas.

Aplicaciones de la turbina de reacción

Las diversas aplicaciones de una turbina de reacción incluyen las siguientes:

• Molinos de energía eólica para generar electricidad.
• También para la generación de electricidad en centrales hidroeléctricas.
• Las turbinas de reacción se utilizan para obtener la máxima potencia de salida a partir de una cabeza de agua disponible baja y alta velocidad.

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

Componentes de la turbina de reacción

A continuación se muestran los componentes principales de la turbina de reacción y su función.

Carcasa espiral:

estos componentes de la turbina de reacción tienen un área de sección transversal uniformemente decreciente, a lo largo de la circunferencia. Este área de sección transversal decreciente asegura una velocidad uniforme del agua que golpea las palas del rodete. Hay una abertura para que el agua fluya hacia las palas del corredor desde el inicio de la carcasa, lo que hace que la presión disminuya a medida que viaja junto con la carcasa. La reducción de su área de sección transversal a lo largo de su circunferencia para hacer que la presión sea uniforme, por lo tanto, el impulso o la velocidad uniforme golpean las palas del corredor.

Álabes guía:

Los álabes guía están montados en la carcasa en espiral para garantizar que el agua que golpea los álabes del rodete tenga una dirección a lo largo del eje de la turbina. De lo contrario, el flujo sería muy arremolinado a medida que se mueve a través de una carcasa en espiral, por lo que no es lo suficientemente eficiente como para hacer girar las palas del rodete. En las turbinas modernas, los ángulos de estas paletas guía son ajustables, lo que hace que el caudal de agua sea ajustable.

Alabes:

Los álabes del rodete son componentes importantes de una turbina de reacción. De hecho, se considera el corazón de la turbina de reacción. La forma de las palas del rodete utiliza la energía de presión del agua para hacer funcionar la turbina. Su diseño es muy esencial y juega un papel importante en la decisión de la eficiencia de una turbina. En la versión moderna, estas palas pueden cabecear sobre su eje, por lo que la fuerza de presión que actúa sobre ellas puede variar según la carga y la presión disponible.

Tubo de aspiración:

Un tubo de tiro conecta la salida del corredor con la pista de escape, que tiene un área de sección transversal aumentada a lo largo de su longitud. El agua que sale de las palas de los rodetes tiene una presión considerablemente baja, su área de sección transversal en expansión recupera la presión a medida que fluye hacia el canal de descarga.

Esquema de una turbina de reacción:

Tipos de turbinas de reacción

A continuación se muestran los distintos tipos de turbinas de reacción

Turbinas de hélice:

Los tipos de hélice de turbina de reacción generalmente tienen una ruta de flujo de 3 a 6 álabes, con el agua en contacto constante con todos los álabes. Las turbinas de hélice solo se pueden instalar en el lugar donde la carga y la altura son constantes. Su curva de eficiencia energética es muy puntiaguda bajo carga parcial. Lo que significa, bajo rendimiento en el sistema.

Las turbinas Kaplan pueden alcanzar altos niveles de eficiencia en diversas condiciones de carga ajustando correctamente las palas durante su funcionamiento. Esto se debe a que el ángulo de la hoja se puede ajustar a la potencia requerida.

Turbinas Francis:

Estos tipos de turbinas de reacción son una versión modificada de la turbina de hélice, ya que el agua fluye radial y axialmente hacia el rodete. En su funcionamiento, los canales de flujo generalmente se colocan en una carcasa en espiral con paletas de influencia internamente ajustables.

Estos tipos de turbinas de reacción tienen un rotor que tiene nueve o más palas fijas. El agua se inicia directamente encima y alrededor del corredor, que luego cae y gira.

Turbinas de gravedad:

Estos tipos de turbinas de reacción convierten la fuerza de gravedad en fuerza de rotación. Así, en su funcionamiento, la energía cinética de la fuerza de gravedad se convierte en electricidad.

Turbinas de bulbo:

Los tipos de turbinas de bulbo son variantes de las turbinas de hélice. El generador de turbina de bulbo está encerrado y sellado en una carcasa de acero hermética aerodinámica ubicada en el centro del conducto. Este generador es impulsado a través de una hélice de paso variable en el extremo aguas abajo de la válvula. La dirección de entrada y salida del agua del sistema prácticamente no cambia o es muy pequeña. Su tamaño compacto ofrece más flexibilidad en el diseño de centrales eléctricas.

Turbinas Straflo:

Estos tipos de turbinas de reacción son turbinas axiales con álabes fijos. Su generador está ubicado fuera del canal de agua y está conectado directamente al rodete de la turbina.

Turbinas tubulares:

En esta turbina de reacción, la línea de presión se dobla poco después y antes de la ruta de flujo, lo que permite una conexión directa con el generador.

Principio de funcionamiento de la turbina de reacción

El funcionamiento de una turbina de reacción es menos complejo y se puede entender fácilmente. En su funcionamiento, un rotor que contiene toberas móviles que libera agua a alta presión. A medida que el agua sale de las boquillas, experimentaron una fuerza de reacción que hace girar el rotor a una velocidad muy alta. Además, el fluido que se mueve sobre las palas del rodete genera una fuerza de reacción. La fuerza de reacción producida en las palas de la corredera hace que la corredera gire. El fluido ingresa al tubo de aspiración después de pasar por las palas del corredor y luego, finalmente, a la carrera de senderos.

Mire el video a continuación para obtener más información sobre el funcionamiento de la turbina de reacción:

Ventajas y desventajas de la turbina de reacción

Ventajas:

A continuación se muestran los beneficios de la turbina de reacción en sus diversas aplicaciones:

• Alta eficiencia hidráulica.
• Alta velocidad de trabajo.
• El diseño es menos complejo.
• Las cuchillas tienen una alta eficiencia.
• Se requiere menos espacio.
• Utiliza un sistema de escape sin aceite.
• Tamaño portátil.
• Capaz de usar alta temperatura y presión.

Desventajas:

A pesar de las buenas ventajas de una turbina de reacción, aún existen algunas limitaciones. A continuación se presentan las desventajas de una turbina de reacción en sus diversas aplicaciones.

• Requieren alto mantenimiento
• Se producen problemas de cavitación.
• El costo de mantenimiento es alto.
• Se genera fuerza de empuje.
• Sin aspas simétricas.

Conclusión

Una turbina de reacción funciona con la tercera ley de movimiento de Newton (la acción y las reacciones son iguales y opuestas). El sistema genera torque en respuesta a la presión y el peso del fluido. En su funcionamiento, el agua primero golpea las cuchillas fijas y luego golpea la boquilla. Eso es todo por esta publicación donde discutí la definición, función, aplicaciones, componentes, diagrama, tipos y funcionamiento de una turbina de reacción. Ventajas y desventajas de esta turbina de reacción.

Espero que obtenga mucho de este artículo, si es así, comparta amablemente con otros estudiantes. Gracias por leer, ¡hasta la próxima!