cap. 02 tipos de turbinas

8/15/2019 Cap. 02 Tipos de Turbinas

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Dr.-Ing. Jörg Tinapp

1. Introducción – procesos térmicos2. Tipos de turbinas3. Componentes de la turbina. !istemas au"iliares#. $egulación % &rotección'. (rran)ue de la turbina*. +peración, antención. Discusión, preguntas, etc.

urso de capacitación

Turbina de vapor - OMASA

Planta de Lautaro


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2 2

Di/erentes tipos de turbinas, 0arias aplicaciones eemplos

condensación

Contra-presión

2da admisión

Extracción simple

Extracción doble

recalentado


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3 3

Turbina de condensación salida de 0apor 4acia abao


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4 4

Turbina de condensación salida de 0apor 4acia arriba


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5 5

Turbinas de 0aporsalida a"ial – condensador a"ial


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Desarrollo 4istórico de lasturbom5)uinas

1. $uedas de agua 6 no son turbom5)uinas 7 /uncionan por el peso del agua

2. olinos de 0iento

3. Jo4ann (. 0on !egner 1*8-1***, 9ratisla0a, medico, ingenieroapro". 1*#8 rueda de agua

. :eon4ard ;uler 1*8*-1*3 , !ui


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7


#. Daniel 9ernoulli 1*88-1*2, !ui=sico mu% importante, trabaaba unto con :. ;uler

:a le% de 9ernoulli6

1?2 @ 02

A @ g 4 A p B const


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Dr.-Ing. Jörg Tinapp$ueda de agua

:a masa de agua acumulada en las c5meras de la ruedagenera un momento > " s % 4ace girar la rueda

>s


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'. James 9. >rancis 11#-12, Inglaterra 1 constru%e la primera turbom5)uina con 5labes directri


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10

Turbina 4=drica >rancis

James 9. >rancis 1, ;;..


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Turbina 4=drica &elton

:ester (llan &elton (!2" # "$!% EE&''


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Dr.-Ing. Jörg TinappTurbina Pelton

na pe)ueHa turbina &elton )ue 0imos en nuestros 0acaciones en casade amigos en :a 9arra desembocadura del rio 9ueno.

Tomaba agua de una /uente en un cerro % produc=a apro". #8 att 77

)echo a mano* +a rueda est,

ormada de cucharas de caé


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14

Turbina 4=drica Gaplan

EiFtor Gaplan 1*' – 13, (ustria


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Dr.-Ing. Jörg TinappCentrales 4idroeléctricas

4

& K mt 4


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Dr.-Ing. Jörg TinappCur0as caracter=sticas

Caudal

(lturade caida

;emplo6!an Ignacio?ColburnGaplan21m1 m3 ?s3*


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17


. Carl Lusta0 &atricF de :a0al 1#-113, !uecia, ingeniero 1* presenta una turbina de tipo acción con toberas

18. C4arles &arsons 1#-131, Inglaterra

Mio del ;arl o/ $oss, mu% /amoso en Inglaterra13 presenta una turbina de 0apor tipo reacción con 0arias etapas

11. 13 :a compan=a sui


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urbinas de vapor

Turbinas de acción % de reacción

$eacción

(cción


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Dr.-Ing. Jörg Tinappurbina de acción


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Dr.-Ing. Jörg TinappTurbina tipo acción (de Laval)


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urbinas de vapor

Turbinas de acción y de reacción

.cción

/eacción

Casi toda la presión es trans/ormada en 0elocidad dia/ragmas% mu% poca e"pansión casi nada en el rotor 5labes

(pro". #8O de la presión es trans/ormada en 0elocidad 5labes /ios

la otra mitad de la e"pansión se 4ace en el rotor 5labes


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Turbinas de vapor

Turbinas de acción % de reacción

h

s

h

s

c82 ?2

c12 ?2

c22 ?2

Np8

p1p2

&i B mt N

c82 ?2c12 ?2

c22 ?2

p8

p1

p2

N

4 4

(cción$eacción

012 ?20

2

2 ?2

022 ?2

012 ?2

grado de reacción @4 B Δh“/Δh

@4 B 0@4 B 0,5


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urbina de acción

álabes fios - diafra!"as

dia/ragmas


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Turbina de acción

carcasa inferior - diafra!"as


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Dr.-Ing. Jörg TinappLautaro # $ turbina de acción


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Turbinas de acción

%iafra!"as con laberintos

fle&ibles

0tra turbina


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Turbina de reaccióncon e"tracción regulada


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endi"iento isentrópico

mu% usado en la industria

b ? '88C

8, b ? 3,#8C

4 B*#' FJ?Fg

&i B mt 4B 3,#' " *#'

B 2'1 FJ?s B 2,' &elB &i P Qm " Qel

;emplo6Turbina de 0apor mt B 12, to?4 0apor

4isB 8 FJ?Fg

Qis B 4?4is B *#'?8 B 8, B , O

Qis es larelación entre

la di/erencia deentalp=a real %la di/erencia deentalp=a ideal

&érdidas

B 2,' " 8,# " 8,B 2,#

d B #,12 t?4 steam rate


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30

,ficiencia del paletado

prdidas en una etapa de una turbina

rendimiento isentrópico

per/il

otros

uego a"ial

uego radial

188O

./0

.10


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Dr.-Ing. Jörg Tinappficiencia del paletado

álabes "odernos (tridi"ensionales) # 0

per/iles rectos

per/iles tridimensionales

1uente* SEES

8

8

*8

'8


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$endimiento isentr ó

pico internoEariación 0ersus tiempo de operación

0btenido por mediciones

Tiempo de operación aHos


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erivación de la ecuación de ,uler

trabao espec2fico

> B mt " cu B mt " c2u – c1u

B > " r B mt " c2u " r 2 - c1u " r 1

u B r " S & B " S N B & ? mt

N B c2u " u2 – c1u " u1

;cuación de ;uler

mt

Um2 ?s2Vu B r S

&i B mt N U Fg?s " m2 ?s2V B URm?s B V

;n este eemplo6 c2u B 8 , c1u B u1

N B - u1 2

&ara un /luido se puede escribir6> dt B d I W > dt B W d I B I 2 – I 1 B m c 2 – m c 1siendo m B constante6> t B m c2 – c1 > Bm?t c2 – c1

Impulso6 I X m c > B d?dt I B d?dt m c

& – Turbina B Y &i


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Zlabes rot.

c$

8

u

c

u2

82

c2

Zlabes /ios&or la e"pansión6c1 [ c802 [ 01

c1 B \ 2 4-guide A c82

02 B \ 2 4-rot A 012

u B r " S B r " ] n?38 ^ 288 – 2#8 m?s

Trián!ulos de velocidad

turbinas de reacción

N B c2u " u2 - c1u " u1 &i B mt " N

Trabao espec=/ico por etapa6

co ^ #8 m?s


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Turbinas de vapor

Cómo encontrar los 0alores óptimos de c, 0, u _

0ale en general6 N A ) B 4 A c2 ?2 A g <

para 5labes /ios toberas c1 B \ 2 4 A c82

8

1

4

s

c12 ?2

u

c1 u

c1`1u?c1opt B 1?2 cos `1 acción

8,

u?c1opt B cos `1 reacción 8,'`1 ^ 1#8

u ^ 2#8 – '88 m?s ma" resistencia de materiales

4-Turbina ^ 1.888 FJ?Fg se re)uiere muc4as etapas por turbina

4-;tapa ^ 38 – #8 FJ?Fg

4


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Dr.-Ing. Jörg TinappAcción - +eacción

.cción /eacción


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urbinas de vapor

5labes /ios, 5labes rotatorios

c1

u1

01

c8 02

c2

u2


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1 2

m:!

Toma regulada de 0apor toma regulada

/e:ulador de

presión

m;"

;

7resión

en toma

de 8apor

2

/an:o de operación

7resión re:ulada

E5l0. de reducción

E5l0. de reducción

(lta presión

28O 188O

edia presión

. partir de cierta car:a en la turbina sere:ula la presión en la linea de extracción

mediante la 8,l8ula & . plena car:a la presión

en la toma 2 corresponde a la presión deseada

en la extracción


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Dr.-Ing. Jörg TinappCómo /unciona la e"tracción regulada_

.7h

&C

4

s

& B mt-EE 4-(& A mt EE-;" 4-9&

mt-EE

mt-;"

mt EE - ;"

4-(&

4-9&

mt-EE


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Cómo /unciona la e"tracción regulada_ m5s consumo en e"tracción

.7


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Cómo /unciona la e"tracción regulada_ menos consumo en e"tracción

.7


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ó"o funciona la e&tracción

re!ulada5

:inea de e"tracción

Demanda en e"tracción aumentamodo /luo 0ap.0i0o constante6

presión se baja

re:ulador cierra 8,l8& de extracción

lujo ? presión se recuperan potencia turbina baja

+peración en modo carga constante* 8,l8& de .7 i:ual reciben se@al

lujo .7 también se aumenta

car:a se mantiene constante

re:ulador

;

=:>h EAT


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mt EE

& G

Fg?4 mt e" B 8

$egulación6Diagrama de e"tracción

mt EE

mt e"

mt e"

E5l0ulas de e"tracción abiertas todo 0a al condensador

.ctualmente

la turbina

solo trabaja en modo

B car:a constante

a". /luo 0ap. 0i0oa". /luo e"tracción

odo 16carga constante

odo 26/luo 0ap. 0i0o constante


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a la sección de baa presión

;"tracción;"tracción

Turbinas de vapor

turbina de e"tracción regulada


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urbinas de vapor

Turbinas grandes de condensación

ma" ^ '88 m?sec

p 0ac ^ 8,8 bar 388C 0 ^ 38 m3 ?Fg

c sonido ^ #8 m?sec cm ^ 88 m?sec

para n B #8 sec –1 S B 31 sec -1

$e"t B u?S B '88?31 B 1, m

con $ int ^ 8,# " $e"t B 8,# m ( !alida ^ m2

E B ( " cm B " 88 B 3.288 m3 ?s

Turbina de '88 6 4 ^ 1288 FJ?Fg mt ^ #88 Fg?sec Et B #88 " 38 B 1#.888 m3 ?sec se re)uiere una turbina con – #

secciones de baa presión.

alambre de atenuación

protección contra erosión de agua gotas

dranae

(ctualmente e"isten turbinas con

12 – 1 m2

area de salida


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urbinas de vapor

5labes torcidos rotor de 9& de doble /luo, '88

1uente* TS


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urbinas de condensación (17 M*)

Centrales térmicas

(lta presiónedia presióndoble /luo

9aa presión /luos

1uente*


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Turbinas de condensación

labes de la ltima etapa turbina de 1.'88 peso de un 5labe apro". 3'8 Fg

1uente* Siemens


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Dr.-Ing. Jörg TinappMontae de los álabes de 8lti"a etapa

1uente* Siemens


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Turbinas de condensación

9alanceo de un rotor en un tunel de balanceo bao0ac=o, 0elocidad nominal turbina de 1.'88

1uente* Siemens


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urbinas de vapor

Turbinas de alta 0elocidad

Turbina de 0apor de baa 0elocidad11 , propulsion de un barco

Turbina de 0apor de alta 0elocidad

n B 1#88 min-1

& B mt Δh

m(t) K A c K D2 u K D2 D n

Δ h K u2 K D2 n2

P ~ D5 n3

&eso Fg K D3

costos f K peso Fg

rendimiento

reductor


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Dr.-Ing. Jörg TinappTurbinas industriales

construcción compacta

1uente* T =anis

turbinareductor

generador


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Turbinas industriales2 Turbinas (& A 9& con un generador

cale/acción urbana

(&6

128 bar, ,# ' t?4

9&6,# bar, 12

acoplamiento autom5tico

condensador Caleacción urbana


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Turbinas industrialesTurbina de condensación generación eléctrica2 bar-a, 88C, 3 , 11t?4, 3 tomas de 0apor


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Turbinas industrialesTurbina de e"tracción-condensación industria papelera

*3 bar-a, #2#8C, 32 , 11t?4, 2 tomas de 0apor

cap. 02 tipos de turbinas

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