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TEMA 2. MATERIA Y ENERGÍA
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CICLO RANKINE
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Turbinas de Vapor Leonardo Enrique Montalvo Limay
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo, La!aye"u Per#
RESUMEN$ Lo "ue %retende este tra!a&o
de agua es %roducido en una caldera a a
es ostrar la i%ortancia de las tur!inas de va%or, a lo largo de su 'istoria y el (luido de va%or, el cual es (undaental en el ciclo Ran)ine o ciclo de va%or, "ue estas realizan* La clasi(icaci+n y co%araci+n de las tur!inas de va%or ás usadas, seguida de las consideraciones %ara su selecci+n y el uso en lo "ue se conoce coo centrales téricas a va%or en el Per#*
%resi+n %ara luego ser llevado a
I.
TEORÍ SO!RE EL "I"LO #E V$OR%
Es un ciclo terodinái terodináico co "ue tiene tiene coo o!&etivo la conversi+n de calor en en tra!a&o, tra!a&o, cons consti tittuyen uyendo do lo "ue se denoina un ciclo de %otencia* oo cual"uier otro ciclo de %otencia, su e(icienci ncia está acota otada %or la e(iciencia terodináica de un ciclo de arnot "ue o%er o%eras asee entr entree los los is isos os
tur!in tur!inaa donde donde se e-%ande e-%ande %ara %ara gen tra!a&o ecánico en su e&e0 unido al de
generador eléctrico, es el "ue generará elec electr tric icid idad ad en la cent centra rall tér téric ica* a* va%o va%orr de !a&a !a&a %res %resi+ i+n n "ue "ue sale sale de
tur!ina se introduce en un condensad
e"ui%o donde el va%or condensa y ca! al estado estado lí"uid lí"uido* o* Poster Posterior ioren ente, te,
!o!a se encarga de auentar la %resi
del (luido en (ase lí"uida %ara volver introd introducir ucirlo lo nuevae nuevaente nte en la cal cerrando de esta anera el ciclo*
E-isten algunas e&oras al ciclo descr
"ue %eriten e&orar su e(iciencia, co
%or e&e%lo so!recalentaiento del d el va%
Sign up to on this title a la entrada devote la tur!ina, recalentaien
Usefulde Not useful entreeta%as tur!ina o regeneraci+n d
agua de alientaci+n a caldera*
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%resi+n* Los estados %rinci%ales del ciclo
trao del %roceso el (luido de tra!a
"uedan de(inidos %or los n#eros del 4 al
se calienta 'asta la te%eratur
5
saturaci+n,
en
el
diagraa
/1s
24$
va%or
luego
lugar
so!recalentado0 6$ ezcla !i(ásica de
ca!io
título elevado o va%or '#edo0 7$ lí"uido
(inalente
saturado0 5$ lí"uido su!en(riado3* Los
so!recalentado*
%rocesos "ue teneos son los siguientes
so!recalentado de alta %resi+n es
%ara el ciclo ideal 2%rocesos internaente
utilizado %or la tur!ina %ara generar
reversi!les3$
%otencia del ciclo 2la %otencia del
•
Proceso
416$
E-%ansi+n
de
tiene
ciclo
(ase
lí"uido1va%or
se
o!tiene
v
Este
v
se
o!tiene
real
descontando la consuida %o
isoentr+%ica del (luido de tra!a&o en
!o!a, %ero esta suele ser
la tur!ina desde la %resi+n de la
%e"ue8a en co%araci+n y
caldera
des%reciarse3*
'asta
condensador*
la
.e
%resi+n
realiza
en
del una
tur!ina de va%or y se genera %otencia en el e&e de la isa* •
You're Reading a Preview Proceso 617$ /ransisi+n de calor Unlock full access with a free trial.
a %resi+n constante desde el (luido de tra!a&o
'acia
el
circuito de Download With Free Trial re(rigeraci+n, de (ora "ue el (luido de tra!a&o alcanza el estado de lí"uido saturado* condensador
.e
realiza
en
un
2interca!iador
de
calor3, idealente sin %érdidas de carga*
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(i'. ) "i&lo Ran*ine o de Vapor
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una tur!ina res%ecto al %roceso ideal
tur!ina* El estator ta!ién está (ora
isoentr+%ico, &ugaría un %a%el %rinci%al en
%or ála!es, no unidos al e&e sino
las desviaciones al ciclo ideal y en la
carcasa de la tur!ina*
reducci+n
del
rendiiento*
El
rendiiento isoentr+%ico de la !o!a y
El térino tur!ina de va%or es
las %érdidas de carga en el condensador y
utilizado
la caldera tendrían una in(luencia uc'o
una á"uina otora la cual cuenta con
enor so!re la reducci+n de rendiiento
con&unto de tur!inas %ara trans(orar
del ciclo*
energía del va%or, ta!ién al con&unto d
%ara
re(erirse
rodete y los ála!es directores*
II.
Turbinas de vapor% III.
Es
una tur!o
trans(ora
á"uina otora,
la energía de
un
"ue (lu&o
+istoria de las turbinas vapor%
En el siglo II a**, 9er+n de :le&and de va%or en energía ecánica a través de construy+ la %riera tur!ina de va un interca!io de cantidad de You're Reading aconocida, Preview llaada ael+%ila de 9e oviiento entre el (luido de tra!a&o y cuya #nica a%licaci+n era la de entreten Unlock full access with a free trial. el rodete, +rgano %rinci%al de la tur!ina, Esta tur!ina esta!a (orada %or "ue cuenta con %alas o ála!es los cuales es(era 'ueca "ue gira!a li!reente so! Download With Free Trial tienen una (ora %articular %ara %oder un e&e diaetral* Los e-treos del se %rolonga!an en dos conductos "ue a realizar el interca!io energético* %ar "ue a%oya!an la es(era 'acían Las tur!inas de va%or están %resentes en el va% conductos %or los "ue ascendía diversos ciclos de %otencia "ue utilizan Sign up to vote on this title 'asta el interior de la isa, a través un (luido "ue %ueda ca!iar de (ase, Useful Not useful dos es%itas situadas seg#n un entre éstos el ás i%ortante es el ciclo diaetra %er%endicular al de giro de la e de Ran)ine, el cual genera el va%or en
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La siguiente tur!ina de va%or en a%arecer (ue en 4;6<, cuando Giovanni =ranca dise8+ una á"uina ca%az de realizar un oviiento en !ase al i%ulso "ue %roducía so!re una rueda el va%or "ue salía %or un ca8o* No se sa!e a ciencia cierta si la á"uina de =ranca se construy+, %ero, es claro "ue es el %rier intento de construcci+n de las "ue 'oy se llaan tur!inas de acci+n*
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(i'. Turbina de vapor de /iovanni !ran&a
9asta (inales del siglo >I>, no se encontr+ ninguna a%licaci+n %ráctica a la tur!ina de va%or, y %or lo tanto el desarrollo tecnol+gico de las isas (ue nulo, sin e!argo, es a (inales del siglo >I> cuando coienza la verdadera 'istoria de las tur!inas de va%or*
Reading a Preview El %riero en encontrarYou're un a%rovec'aiento a la tur!ina de va%or (ue Unlock full access with a free trial. el inventor sueco ?e Laval 24@5A 14<473, "uien %atent+ un desnatador Download With Free Trial centrí(ugo i%ulsado %or una tur!ina de va%or de acci+n de una sola eta%a* En esta tur!ina el va%or era i%elido a una velocidad su%ers+nica, través de una Sign up to vote on this title to!era convergente1divergente, 'acia los Useful Not useful ála!es del rodete de la tur!ina*
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(i'. 0 Turbina #e Laval urtis, ide+ %ara General Electric los alternadores accionados con tur!inas de va%or* :!as tur!inas se !asaron en di(erentes %rinci%ios de (uncionaiento$
IV.
"lases de turbinas de vapor%
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1La tur!ina de urtis era de acci+n, y ella el va%or se e-%andía a través to!eras, alcanzando altas velocidad El (lu&o de va%or a alta veloci !a&a %resi+n incidía en los ála!es de rueda giratoria*
1La tur!ina de Parsons %or contra, era reacci+n, y en ella el va%or se e-%and seg#n i!a %asando a través de to (i&as y ála!es +viles alternativaente*
* on recalentaiento$ Este di(iere del ciclo Ran)ine :* ?e acci+n o de i%ulso El va%or si%le en "ue el %roceso se distri!uye a toda la secci+n %or e-%ansione en la tur!ina edio de to!eras* : la salida de realiza en dos eta%as ediante u las to!eras, la energía del va%or se tur!ina de alta %resi+n y otra You're Reading a Preview trans(ora en energía cinética "ue !a&a %resi+n, el recalentaiento Unlocktener full access with a free trial. ueve los ála!es* .uelen una soluci+n al %ro!lea varias to!eras de entrada de va%or* 'uedad "ue es inace%ta!l =* ?e acci+n1reacci+n Download /a!ién With Free Trial tur!inas y es co#n llaadas solo tur!inas de utilizado 'oy en día, aun"u reacci+n* Están (oradas %or te%eratura del va%or se ten carretes con ála!es (i&os y ála!es "ue elevar a ni Sign up to vote on this title +viles ontados de (ora etal#rgicaente inseguros* Useful Not useful alternativa* Los (i&os act#an coo ?* on e-tracci+n$ .e realiz to!eras dirigiendo el va%or al eta%as de alta %resi+n, envi
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atos(érica
de!ido a la condensaci+n va%or de salida*
(i'. 1 Turbina &on Re&alentamiento
You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
(i'.2 Turbina rea&&i-n 3$arsons4
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e%u&es a-iales* El %i8+n es del e&
(i'. 6 Turbina &on E7tra&&i-n acero y las ruedas del e&or !ronce*
El (uncionaiento de la tur!ina de Lav se !asa en el ca!io de ental%ia tie D* o%araci+n$ lugar en la to!era, aco%a8ado de u :* Laval$ caída de %resi+n estática y auento velocidad a!soluta D* en la rueda +vil La tur!ina de Laval es una tur!ina de %resi+n y la densidad 2volu acci+n, a-ial y %arcial* Los distri!uidores, es%eci(ico v3 %eranecen constantes, y "ue tienen el característico %er(il ideado velocidad a!soluta disinuye* El ca! %ara el caso %or ?e Laval, son de secci+n en direcci+n y agnitud de la velocid circular y están dis%uestos siétricaente a!soluta causa la a%arici+n de una (uer res%ecto a la rueda y de un lado de ella* en la %aleta +vil, "ue origina el tor"ue La necesidad de liitar el tra!a&o y de You're Reading alaPreview %otencia entregada %or la tur!ina* tener ruedas ligeras, 'an llevado al
constructor a ruedas de %e"ue8oUnlock diáetro full access with a free trial. =* Parsons$ "ue dan un n#ero elevadísio de vueltas, reducido de 447 a 4@, Download seg#n la With Free Esta Trial tur!ina de!e el no!re a su invent %otencia de la tur!ina, ediante un tren tiene gran n#ero de eta%as 2entre 4A de engrana&es* El tren de engrana&es está A30 cada una de ellas con adisi+n to (orado %or un %i8+n y, generalente, de va%or y tanto en el gru%ode ála! up toen votelos on this title se %res dos ruedas dentadas "ue tienen una (i&os Sign coo +viles Not useful deUseful del dentadura 'elizoidal 2inclinaci+n 5A3, caída %resi+n va%or, "ue de!ido
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raz+n, al igual "ue en las tur!inas Rateau, los regíenes de rotaci+n son !a&os* Por su gran longitud, de!ido al alto n#ero de eta%as, en lugar de usar ár!ol, generalente, los ála!es +viles están ontados so!re un ta!or, en es%ecial los de las #ltias eta%as* Esta tur!ina es usada %ara over generadores de gran %otencia*
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ro!ustez y la renta!ilidad en co%araci con un escenario a %érdidas de carga0 desventa&a en co%araci+n con ést re(iera a la actuaci+n en la sede real, "ue la selecci+n a(ecta a la %érdida dináica de (luidos, data de la viscosid del (luido y la (ricci+n del (luido con l %aredes de la á"uina, "ue crecen %ro%orci+n al cuadrado de la velocidad*
La característica (undaental de tur!ina urtis cuanto al valor del salto ental%ía "ue %ueden ser eliin La tur!ina urtis es la evoluci+n de una sie%re con res%ecto a una eta% eta%a de la tur!ina a la acci+n, en el "ue %resi+n saltos, a una velocidad %eri(ér el (luido es totalente acelera en la igual de la á"uina, "ue es igual a %riera eta%a 2el estator, es decir, %arado3 tensi+n en los con&untos de %ala de rot y %asa a través de la %riera %er(ilado del El salto ental%ía, en tur!inas de acci+n, rotor* Para salir de este %er(ilado es un totalente dis%uestos en el estator y interru%tor "ue dirige el (luido 'acia You're Reading a Preview a%ro-ia %or 2c4366, es decir, co nuevas %alas de rotor sin e-%andiéndolo* Unlock full access withenergía a free trial. cinética del (luido en la entra Por lo general, se co%onen de dos o tres del rotor0 esto signi(ica "ue la velocid eta%as y se dice "ue la velocidadDownload de salto, With Free Trialdel %rier rotor en la entrada a!soluta de!ido a "ue el (luido se ralentiza a través va%or de la á"uina es uy alta y "ue de las eta%as 2%or"ue %ro%orciona energía e-%ansi+n "ue esta su(re en el estator al rotor3 con una relaci+n entre la uy (uertes* Sign up to vote on this title velocidad "ue es A$ 7$ 4* Useful Not useful ?* Rateau$ La venta&a de urtis tur!ina es la En este ti%o de tur!ina, cada eta%a es co%acidad y la %osi!ilidad de a&uste, de * urtis$
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ala!es +viles 2adisi+n total3 y utilizan generalente en su %riera eta%a una de velocidad, "ue %uede ser de ti%o Laval o urtis*
vida de la isa, su inconveniente es " el ár!ol de!e ser ro!usto, de!ido a su gr longitud* .u no!re se de!e inventor*
En estas tur!inas el régien de rotaci+n es enor "ue en las tur!inas Laval o urtis, lo cual %erite lograr una ayor
/al coo 'a sido descrita ésta tur sería coo tener varias tur!inas Lav una a continuaci+n de la otra*
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(i'. 8 a4 Turbina Simple de a&&i-n9 b4 Turbina de a&&i-n &on presi-n es&alonada 3disposi&i-n Rateau4 Turbina de velo&idad es&alonada 3disposi&i-n "urtis4 You're Reading a Preview DI* DII*
Unlock full access with a free trial. entrales de va%or en el Per#$
=i!liogra(ía$
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'tt%s$es*Ji)i%edia*orgJi)iicloKdeKRan)ine 'tt%s$es*Ji)i%edia*orgJi)i/ur!inaKdeKva%or
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Useful 'tt%$es*slides'are*netgocandotur!inas1de1va%or174A<4;
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'tt%$es*slides'are*netMonica.olorzanotur!inas1de1va%or1%resnentacion1(inal
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