Una turbina de vapor es una máquina que convierte la energía térmica del vapor en energía mecánica.
A lo largo de la historia, la turbina de vapor se ha impuesto por completo a la máquina de vapor gracias a la mejor eficiencia térmica y a la mejor relación potencia / peso.
Una forma de clasificar los diferentes tipos de turbinas es según su grado de reacción:
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Turbinas de acción: La expansión se realiza en los álabes fijos.
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Turbinas de reacción: La expansión puede realizarse tanto en los álabes fijos como en los álabes móviles.
Las turbinas de vapor suelen trabajar en un circuito cerrado. La entrada de vapor se regula mediante las válvulas de entrada. En la salida de la turbina, suele haber un condensador de vapor.
¿Cómo funciona una turbina de vapor?
Una turbina de vapor transforma la energía interna del vapor en energía cinética. Este proceso se realiza de la siguiente manera:
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Generación de vapor: Se utiliza un generador de vapor para calentar agua hasta que se convierte en vapor a alta presión y temperatura. En el caso de una central nuclear, se obtiene mediante una reacción de energía nuclear.
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El vapor generado se dirige hacia la turbina de vapor a través de una tubería de alta presión.
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El flujo de vapor entra en el estator, que es la la carcasa de la turbina. El estator está dividido en secciones por medio de unas guías fijas llamadas álabes. Estos álabes hacen que el vapor entre a la rueda de la turbina en la dirección correcta.
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La rueda o rotor de la turbina tiene una serie de álabes en su circunferencia. Cuando el vapor entra en contacto con estos álabes, el vapor empuja las palas del rotor, haciendo que la rueda comience a girar.
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Generación de energía mecánica: El rotor está conectado a un eje que transmite la energía mecánica a la maquinaria que se pretende hacer funcionar, como por ejemplo un generador eléctrico. De esta forma, el vapor se transforma en energía mecánica.
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Descarga del vapor: Una vez que el vapor ha pasado a través de la turbina, se dirige hacia un condensador donde se condensa de nuevo en agua. Luego, el agua se recircula de vuelta al generador de vapor para ser calentada de nuevo y así reiniciar el ciclo.
Partes de una turbina de vapor
Las partes principales de un conjunto de una turbina de vapor son:
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Carcasa: Es la estructura externa de la turbina que contiene todas las partes internas.
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Álabes de la carcasa: Estos son los álabes fijos que están montados en la carcasa y dirigen el flujo de vapor a través de la turbina.
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Rotor: Es la parte central de la turbina que está conectada a un eje y gira a alta velocidad.
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Álabes del rotor: Son los álabes móviles que están montados en el rotor y se mueven con él. Estos álabes convierten la energía térmica del vapor en energía cinética al dirigir el flujo de vapor hacia la dirección adecuada.
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Eje: Es el componente que conecta el rotor a otros dispositivos mecánicos, como un generador eléctrico.
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Caja de engranajes: Se utiliza para ajustar la velocidad del rotor para adaptarla a las necesidades del generador eléctrico.
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Sellos de la carcasa: Estos son dispositivos que evitan la fuga de vapor a través de la carcasa y mantienen la presión del vapor en su interior.
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Sistema de lubricación: Es necesario para mantener los componentes móviles de la turbina funcionando suavemente y reducir la fricción y el desgaste.
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Sistema de control: Es el conjunto de componentes que controlan la velocidad y la potencia de la turbina en función de la demanda de energía eléctrica.
Aplicaciones de las turbinas de vapor
Existen diferentes usos de turbinas dependiendo de cómo se quiera utilizar la energía del vapor. Algunos ejemplos de aplicaciones que utilicen turbinas de vapor son:
1. Centrales térmicas y generación de electricidad
Las turbinas de vapor pueden usarse para producir electricidad, acopladas a generadores, a menudo sin la necesidad de cajas de engranajes. Algunos ejemplos son las centrales nucleares, las centrales térmicas de carbón y algunas plantas de energía solar térmica.
2. Procesos industriales
Otro campo en que se usan las turbinas de vapor es en plantas como refinerías, fábricas de papel y otras plantas donde se requieren altos niveles de vapor de proceso.
3. Turbinas de vapor para el transporte
Las turbinas de vapor también se utilizan como motores marinos en los barcos, donde las limitadas dimensiones son una ventaja. También se construyeron locomotoras de turbina de vapor propulsoras, pero su difusión fue muy limitada.