Turbina de vapor

Una turbina de vapor és una turbomáquina motora, que transforma l'energia d'un fluix de vapor en energia mecànica a través d'un intercanvi de cantitat de moviment entre el decorregut de treball (entenga's el vapor) i el rodete, orgue principal de la turbina, que conta en pala o álabes els quals tenen una forma particular per a poder realisar l'intercanvi energètic. Les turbines de vapor estan presents en diversos cicles de potència que utilisen un decorregut que puga canviar de fase, entre estos el més important és el cicle de Rankine, el qual genera el vapor en una caldera, de la qual ix en unes condicions d'elevada temperatura i pressió. En la turbina es transforma l'energia interna del vapor en energia mecànica que, normalment, es transmet a un generador per a produir electricitat. En una turbina es poden distinguir dos parts, el rotor i el estátor. El rotor està format per rodes de álabes unides a l'eix i que constituïxen la part mòvil de la turbina. El estátor també està format per álabes, no units a l'eix, sino a la carcassa de la turbina.

El terme turbina de vapor és molt utilisat per a referir-se a una màquina motora, la qual conta en un conjunt de turbines per a transformar l'energia del vapor, també al conjunt del rodete i els álabes directors.

La turbina de vapor moderna va ser inventada en 1884 per sir Charles Parsons, el primer model del qual va ser conectat a una dinamo que generava 7.5 kW (10 hp) de potència.^[1] L'invenció de la turbina de vapor de Parsons va fer possible una electricitat barata i abundant i va revolucionar el transport marítim i la guerra naval.^[2]

Classificació

Existixen les turbines de vapor en una gran varietat de tamanys, des d'unitats de 1 HP (0.75 kW) usades per a accionar bombes, compressors i atres equips, fins a turbines de 2 000 000 HP (1 500 000 kW) utilisades per a generar electricitat.

Hi ha diverses classificacions per a les turbines de vapor modernes, i per ser turbomáquinas són susceptibles als mateixos criteris de classificació d'estes. Per un atre costat, és comú classificar-les d'acort al seu grau de reacció:

Turbines d'acció: El canvi o bot entálpico o expansió és realisada en els álabes directors o les toveres d'injecció si es tracta de la primera etapa d'un conjunt de turbines, estos elements estan subjectes al estátor. En el pas del vapor pel rotor la pressió es mantindrà constant i hi haurà una reducció de la velocitat.
Turbines de reacció: L'expansió, és dir, el bot entálpico del vapor, pot realisar-se tant en el rotor com en el estátor, quan este bot ocorre únicament en el rotor la turbina es coneix com de reacció pura 'neta'.

Principi de funcionament

L'equació general de les turbomáquinas va ser trobada per Euler i la seua demostració es troba en l'artícul de turbomáquinas. La forma per al treball per unitat de massa que travessa el rotor de les turbomáquinas motores axials és:

$L = u [c_{1} \cos (α_{1}) - c_{2} \cos (α_{2})]$

A on $u$ és coneguda com a velocitat perifèrica i és la velocitat llineal del rotor, $c_{1}$ i $c_{2}$ són les velocitats absolutes del decorregut de treball abans i despuix de passar pel rotor respectivament, $α_{1}$ i $α_{2}$ són els ànguls entre la velocitat absoluta i la velocitat perifèrica abans i despuix de passar pel rotor. Si introduïm el concepte de velocitat relativa $\vec{w}$ , que és la velocitat del decorregut respecte al rodete, i definim l'àngul $β$ com aquell que existix entre la velocitat perifèrica i $\vec{w}$ podem reescriure l'equació anterior, per propietats del triàngul com:

$L = \frac{{c_{1}}^{2} - {c_{2}}^{2}}{2} + \frac{{w_{2}}^{2} - {w_{1}}^{2}}{2}$

Ara escriga's la primera llei de la termodinàmica per a un balanç d'energia del decorregut de treball en el seu pas pel rotor, suponent a est un procés adiabàtic:

$L = Δ h + \frac{{c_{1}}^{2}}{2} - \frac{{c_{2}}^{2}}{2}$

Recorde's que es considera que $L$ és definit positiu.

$\frac{{c_{1}}^{2} - {c_{2}}^{2}}{2} + \frac{{w_{2}}^{2} - {w_{1}}^{2}}{2} = Δ h + \frac{{c_{1}}^{2}}{2} - \frac{{c_{2}}^{2}}{2}$

Trobem aixina que el canvi entálpico és igual al canvi dels quadrats de la velocitat relativa:

$Δ h = \frac{{w_{2}}^{2} - {w_{1}}^{2}}{2}$

Vore també

[[Archiu:{{#switch:Energia|20px|Vore el portal sobre Energia]] Portal:Energia. Contingut relacionat en Energia.
Turbina de gas
Motor de combustió interna alternatiu
Motor Wankel
Motor diésel
Motor radial
Motor rotatiu

Referències

↑ The Birr Scientific and Heritage Foundation. «The Steam Turbine». Archivat des d'el original, el 13 de maig de 2010.
↑ Irish universities. «Charles Parsons (1854-1931)». Archivat des d'el original, el 30 de març de 2005.

Referències

Este artícul conté una traducció derivada de «Turbina de vapor» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[1] The Birr Scientific and Heritage Foundation. «The Steam Turbine». Archivat des d'el original, el 13 de maig de 2010.

[2] Irish universities. «Charles Parsons (1854-1931)». Archivat des d'el original, el 30 de març de 2005.

[1]

[2]