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Generación de Potencia ClaseGPU2C4
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Febrero 2015
Ing. Vicente Daz P
Generacin de Potencia
Unidad 2 Centrales Energticas
Centrales a Vapor
Turbinas
REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA
DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL BOLIVARIANA
SAN TOME - ESTADO ANZOTEGUI
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Contenido
Turbinas a vapor:
Tipos de turbinas.
Flujo de vapor en las turbinas. Funcin de las toberas. Turbinas con extraccin
de vapor.
Acoplamiento de turbinas. Engranajes de reduccin.
Turbinas industriales.
La unidad turbogeneradora en una central de potencia.
El generador de energa elctrica.
Gobernadores de velocidad de las turbinas.
Rendimiento de las turbinas
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REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA
DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL BOLIVARIANA
SAN TOME - ESTADO ANZOTEGUI
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Turbinas de Vapor
Hern de Alejandra en el ao 175 a.c.,construyo la primera turbina de vapor Giovanni Brance en 1629 experiment con
una rueda de agua modificada, dirigindole
un chorro de vapor.
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Turbinas de Vapor
La primera aplicacin industrial para una turbina de vapor fue patentada en
Suecia por De Laval en 1878 y consista en una maquina centrifuga
desnatadora que revolucion la produccin de leche, impulsada por vapor.
Publicidad motor o turbina a
vapor de Laval - 1896
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TURBINAS DE VAPOR.
Son turbomquinas capaces de transformar la energa del vapor en
energa mecnica.
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Turbinas de Vapor
La razn de utilizar vapor como fluido de trabajo se debe a suelevada energa disponible por unidad de masa. Al pasar por lastoberas de la turbina, se reduce la presin del vapor, (se expande)aumentando as su velocidad.
En la turbina, el vapor transforma primero su entalpa en energacintica y, luego, sta es cedida al rodete obtenindose el trabajomecnico correspondiente.
Entalpa: La cantidad de energa absorbida o cedida por unsistema termodinmico (la energa interna ms la energa debida asu presin / volumen / temperatura).
H = U + PV
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Turbinas de Vapor
Los dos tipos principales de turbinas, de acuerdo al aprovechamiento de la
energa contenida en el flujo de vapor, son:
1. Turbinas de accin: en ellas el vapor, una vez expansionado, obra por su
gran velocidad sobre los rganos mviles de la turbina.
2. Turbinas de accin y reaccin: donde el vapor se va expansionando a
medida que recorre los diferentes rganos de la turbina.
Clasificacin
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Turbinas de Vapor
Las turbinas de accin,
El eje lleva una rueda disco con sus paletas correspondientes, y la rodean
las toberas por las que fluye el vapor, transformando un flujo de alta presin y
baja velocidad en uno de baja presin y alta velocidad, chocando el vapor agran velocidad contra las paletas de la rueda generando el giro del rotor.
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Turbinas de Vapor
Las Turbinas de accin y reaccin,
El eje lleva montado un tambor y en l van colocados varias series de alabes,
de altura, forma e inclinacin variables, llamados alabes giratorios. La envuelta,
cilndrica, pero de dimetro variable, lleva tambin otras series de alabessimilares a los del tambor, llamados alabes fijos, guas directrices, porque
estn fijos a la carcasa, su misin es guiar dirigir el vapor sobre los giratorios.
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Turbinas de Vapor
Turbinas monoetapa:Se utilizan en las turbinas hasta 2 MW de potencia, son robustas, seguras y
menos costosas
Turbina multietapa:
El objetivo es disminuir la velocidad de rodete CONCERVANDO LA
VELOCIDAD DE LOS ALABES. Su rendimiento es mejor que la mono etapa
De acuerdo al numero de etapas:
Clasificacin
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Turbinas de Vapor
- Axiales: La trayectoria del flujo
es paralela al eje de rotacin.
Segn la direccin del fluido en el Rodete:
- Radiales: La circulacin de vapor
es perpendicular al eje de la
turbina.
Clasificacin
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Turbinas de Vapor
Segn el salto trmico:
Clasificacin
TURBINAS DE CONDENSACION:
En su mayora son de gran tamao y su uso comn es en plantas de potencia
electrica., la presin de descarga esta por debajo de la de saturacin (calidad >90%).
En la turbina de extraccin/ condensacin, una parte del vapor puede extraerse en
uno o varios puntos de la turbina antes de la salida al condensador, obteniendo as,
vapor al proceso a varias presiones, mientras que el resto del vapor se expande
hasta la salida al condensador
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Turbinas de Vapor
TURBINA DE CONTRAPRESION:
Generan energa y a su vez descargan el vapor a una presin aun elevada, para
ser utilizada en procesos industriales.En las turbinas de contrapresin la principal caracterstica es que el vapor, cuando
sale de la turbina, se enva directamente al proceso sin necesidad de contar con
un condensador y equipo perifrico, como torres de enfriamiento.
Segn el salto trmico (continuacin):
Clasificacin
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Turbinas de Vapor
Turbina con extraccin o sangrados de vapor
en etapas intermedias
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Turbinas de Vapor
Cajas reductoras
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Turbinas de Vapor
Acople
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Turbinas de Vapor
Turbinas industriales Siemens
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Turbinas de Vapor
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Turbinas de Vapor
La unidad turbogeneradora en una central de potencia.
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Turbinas de Vapor
El generador de energa elctrica.
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Turbinas de Vapor
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Turbinas de Vapor
REGULACION DE LAS TURBINAS DE VAPOR
En la operacin de las turbinas de vapor hay una cantidad de variables que necesitan
ser controladas y estas dependen de las cargas de trabajo a las que sea sometida.
Las principales variables son: la presin inicial del fluido, la presin de salida, la
cantidad de flujo por unidad de tiempo y la velocidad de rotacin.
La funcin de los sistemas de regulacin consiste en mantener las variables dentro de
los rangos establecidos.
A
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Turbinas de Vapor
Existen diferentes sistemas de regulacin que son utilizadas en las turbinas de
vapor, que influyen directamente con el desempeo de estas y estn
relacionadas con la capacidad de mantener casi invariable la velocidad de
rotacin, independientemente de la carga de trabajo a la cual estn sometidas.
Estos sistemas de regulacin son clasificados en:
REGULACION DE LAS TURBINAS DE VAPOR
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Turbinas de Vapor
Regulacin por Estrangulamiento:
En este sistema de regulacin de fluido es entregado a todas las toberas
localizadas a lo largo de la periferia al mismo tiempo. Esta entrega del fluido se
hace a travs de la apertura de una o dos vlvulas de estrangulamiento instaladasal inicio de la turbina. Si la turbina esta sometida a una carga de trabajo alta y solo
consta de una vlvula, esta estar abierta en su totalidad para dar un paso mximo
de fluido y la potencia requerida para las condiciones de trabajo del momento.
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Turbinas de Vapor
Regulacin en el control de la Tobera:
En este sistema de control, el fluido entra en la primera etapa de toberas por medio
de vlvulas (vlvulas reguladoras o vlvulas de toberas). Cada vlvula regula el paso
del fluido a grupos de dos o ms toberas, teniendo en total hasta doce de estos. Para
cargas de trabajo pesadas, las vlvulas estn abiertas al 100% de su capacidad,
pero cuando presentan cargas de trabajo variables, las vlvulas reguladoras se
abren o cierran dependiendo de la potencia requerida por estas cargas.
La eficiencia de la turbina con este tipo de regulacin es mucho ms constante para
cargas de trabajo variables.
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Turbinas de Vapor
Regulacin por Bypass:
Este tipo de regulacin se utiliza en conjunto con la regulacin por
estrangulamiento sobre todo por las turbinas de reaccin. Estas turbinas son
diseadas para una carga de trabajo definida, llamada comnmente cargaeconmica, en donde la eficiencia termodinmica es mxima. Usualmente, es
recomendable tener una admisin total del fluido en las etapas de alta presin en
la carga econmica para eliminar las perdidas por admisin parcial.
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Regulador de Velocidad
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Turbinas de Vapor
Control de la turbina por telemetra
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Turbinas de Vapor
ELEMENTOS DE UNA TURBINAS DE VAPOR:
Los elementos principales de una turbina de vapor son:
ROTOR: es un elemento mvil del sistema. La energa desprendidapor el vapor en la turbina se convierte en energa mecnica en esteelemento. Dado que la turbina esta dividida en un cierto numero deescalonamientos, el rotor esta compuesto por una serie de coronas dealabes, uno por cada escalonamiento de la turbina. Los alabes seencuentran unidos solidariamente al eje de la turbina movindose conel.
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Turbinas de Vapor
ELEMENTOS DE UNA TURBINAS DE VAPOR:
ESTATOR: el estator esta constituido por la propia carcasa de la turbina.Al igual que el rotor, el estator esta formado por una serie de coronas de
alabes, correspondiendo cada una a una etapa o escalonamiento de laturbina.
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Turbinas de Vapor
ELEMENTOS DE UNA TURBINAS DE VAPOR:
TOBERAS: el vapor es alimentado a la turbina a travs de estoselementos. Su labor es conseguir una correcta distribucin del vapor.
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Turbinas de Vapor
RENDIMIENTO DE LA TURBINA DE VAPOR
El rendimiento o eficiencia de una turbina se define como el cociente entre la
energa producida por la misma y la energa disponible.
La eficiencia de una turbina esta influenciada principalmente por las prdidasde fluidos debido a las fugas y otros factores, adems de los efectos de friccin
que se presentan en el interior de la misma, producidos por el contacto entre
el fluido y las partes mviles.
=
Energa Producida
Energa Disponible
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Turbinas de Vapor
Q1: el calor suministrado al vapor por unidad de masa
L1: el trabajo mecnico entregado al eje por las ruedas mviles
Le: el trabajo mecnico entregado en el acoplamiento, fuera de la turbina
i con el salto entalpico disponible a la entrada de la turbina.
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