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Máquinas eléctricas (página 3)




Partes: 1, 2, 3


     También existen las Turbinas Mixtas, que son combinaciones de turbinas axiales y radiales.

      Atendiendo a la disposición del eje de giro, las turbinas se pueden clasificar en:

a) Turbinas de eje horizontal.

b) Turbinas de eje vertical.

 

Tipos de turbinas hidráulicas

 

El tipo de turbina de acción más conocido es la turbina Pelton, que se emplea generalmente para saltos de agua de gran altura (más de 50 m), pero existen otros como la turbina Turgo y la de flujo cruzado (también conocida como turbina Ossberger o Banki-Mitchell).

Los principales tipos de turbina de reacción son los siguientes: turbina Francis, Deriaz, Hélice, turbina Kaplan, Tubular y Bulbo. La turbina Francis es muy utilizada en saltos de altura media (5 a 100 m) y la turbina Kaplan lo es en los saltos de baja altura (menos de 10 m).

La potencia de un salto de agua viene dada por la siguiente fórmula:

 

N=r\times g\times Q \times h \,

Donde:

 

N = potencia en W

r = rendimiento del sistema, que depende del tipo de turbina, adimensional.

g = aceleración de la gravedad en m/s²

Q = caudal de agua másico en kg/s

h = altura de salto en m.

De acuerdo con lo anterior, una misma potencia se puede conseguir con gran altura de salto y poco caudal (centrales hidroeléctricas de montaña), pequeño salto y gran caudal (centrales de llanura) o con valores medios de ambas magnitudes (centrales de pie de presa, generalmente).

Descripción de algunos tipos de Turbinas Hidráulicas
Turbinas de Reacción

 

Turbina Fourneyron (1833): El rodete se mueve dentro del agua. Es una turbina radial centrífuga, lo que supone un gran diámetro de rodete; en la actualidad no se construye.

 

Turbina Heuschel-Jonval: Axial y con tubo de aspiración; el rodete es prácticamente inaccesible; en la actualidad no se construye.

 

Turbina Francis (1849): Radial centrípeta con tubo de aspiración; el rodete es de fácil acceso, por lo que es muy práctica. Es fácilmente regulable y funciona a un elevado numero de revoluciones; es el tipo más empleado y se utiliza en saltos variables, desde 0,5 m hasta 180 m; pueden ser lentas, normales, rápidas y extra rápidas.

 

Turbina Kaplan (1912): Las palas del rodete tienen forma de hélice; se emplea en saltos de pequeña altura, obteniéndose con ella elevados rendimientos, siendo las palas orientables, lo que implica paso variable. Si las palas son fijas, se denominan turbinas hélice.

 

Turbinas de Acción
Estas turbinas se empezaron a utilizar antes que las de reacción; entre ellas se tienen:   

Turbina Pelton: Tangencial. Es la más utilizada para grandes saltos.

Turbina Schwamkrug, (1850): Radial y centrífuga.

Turbina Girard, (1863): Axial, con el rodete fuera del agua; mientras el cauce no subía de nivel, trabajaba como una de acción normal, mientras que si el nivel subía y el rodete quedaba sumergido, trabajaba como una de reacción, aunque no en las mejores condiciones; en la actualidad no se utiliza.

Turbina Michel, o Banki: El agua pasa dos veces por los álabes del rodete, construido en forma de tambor; se utiliza para pequeños y grandes saltos.

 

Clasificación de las Turbomáquinas Hidráulicas

    Las turbo máquinas se pueden clasificar de acuerdo a la función que desempeñan:

Turbomáquinas Motrices

    Toman la energía (cinética y/o potencial) cedida por el agua que las atraviesa y la transforman en mecánica. Las hay de dos tipos:

- Dinámicas o cinéticas, Turbinas y ruedas hidráulicas

- Estáticas o de presión, Celulares (paletas), de engranajes, helicoidales, etc

Turbomáquinas generatrices

    Aumentan la energía del agua que las atraviesa bajo forma potencial (aumento de presión), o cinética; la energía mecánica que consumen es suministrada por un motor. Éstas pueden ser:
- Bombas de álabes, entre las que se encuentran las bombas centrífugas y axiales.
- Hélices marinas, cuyo principio es diferente a las anteriores; proporcionan un empuje sobre la carena de un buque.

Turbomáquinas reversibles

    Pueden ser tanto generatrices como motrices. Ejecutan una serie de funciones que quedan aseguradas mediante un rotor específico, siendo las más importantes:
- Grupos turbina-bomba, utilizados en centrales eléctricas de acumulación por bombeo.
- Grupos Bulbo, utilizados en la explotación de pequeños saltos y centrales mareomotrices.

Grupos de transmisión o acoplamiento
    Son una combinación de máquinas motrices y generatrices, es decir un acoplamiento (bomba-turbina), alimentadas en circuito cerrado por un fluido, en general aceite; a este grupo pertenecen los cambiadores de par.

  Ruedas Hidráulicas

    Las ruedas hidráulicas son máquinas capaces de transformar la energía del agua, cinética o potencial, en energía mecánica de rotación. En ellas, la energía potencial del agua se transforma en energía mecánica (a la derecha en la figura), o bien su energía cinética se transforma en energía mecánica (izquierda y centro en la figura).

Las ruedas hidráulicas se clasifican en:

a) Ruedas movidas por el costado (izquierda de la figura).
b) Ruedas movidas por debajo (centro de la figura).
c) Ruedas movidas por arriba (derecha de la figura).

Características técnicas:

-Su diámetro decrece con la altura H del salto de agua.

- Los cangilones crecen con el caudal.

- Los rendimientos son del orden del 50% debido a la gran cantidad de engranajes intermedios.

- El número de rpm es de 4 a 8.

- Las potencias son bajas, y suelen variar entre 5 y 15 kW, siendo pequeñas si se las compara con las potencias de varios cientos de MW conseguidas en las turbinas.

 

 

§  Turbina de gas

Turbina de avión

Turbina de avión

Una turbina de gas es una máquina térmica que desarrolla trabajo al expandir un gas. Se puede considerar un motor de combustión interna. Está compuesta por un compresor, una o varias cámaras de combustión y la turbina de gas propiamente dicha.

El ciclo termodinámico del gas en estas turbinas corresponde al ciclo Brayton, y consiste en una compresión adiabática seguida de una poli trópica y finaliza con una expansión adiabática.

La aplicación más común de estas máquinas es la propulsión de aviones a reacción, y de ellas derivan las turbinas utilizadas en las centrales termoeléctricas para generación de energía eléctrica.

También han sido aplicadas a vehículos pero en la actualidad sólo existe algún proyecto, como el Volvo ECC (híbrido eléctrico-turbina de gas). Los problemas que dificultan su aplicación en automoción son que aceptan mal los arranques y las paradas y les cuesta mucho cambiar de régimen (son muy lentas acelerando). De hecho, el funcionamiento habitual de las turbinas de gas es siempre al mismo régimen y las variaciones de demanda de potencia se hacen manteniendo el régimen y variando el par (fuerza de giro) generado.

 

TURBOALTERNADOR

El turboalternador tiene el mismo principio de funcionamiento que los alternadores estudiados en clase con la diferencia que son diseñados para potencias muy grandes por lo que la máquina motriz es una turbina, su principal utilización está en la generación de energía eléctrica en las diferentes centrales generadoras de energía eléctrica.

A continuación recordaremos brevemente el funcionamiento del alternador.

Alternador

 

El alternador es una máquina destinada a transformar la energía mecánica en eléctrica, generando, mediante fenómenos de inducción, una corriente alterna.

Los alternadores están fundados en el principio de que en un conductor sometido a un campo magnético variable se crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y su valor del flujo que lo atraviesa.

Un alternador consta de dos partes fundamentales, el inductor, que es el que crea el campo magnético y el inducido que es el conductor el cual es atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo.

Imagen:Alternador.png

Figura 1.- Disposición de elementos en un alternador simple

Así, en el alternador mostrado en la Figura 1, el inductor está constituido por el rotor R, dotado de cuatro piezas magnéticas cuya polaridad se indica. Estas piezas pueden estar imantadas de forma permanente o ser electroimanes. En las grandes máquinas el inductor siempre está constituido por electroimanes, cuya corriente de alimentación o excitación proviene de un generador de corriente continua auxiliar o de la propia corriente alterna generada por el alternador convenientemente rectificada. El inducido está constituido por las cuatro bobinas a-b, c-d, e-f y g-h, arrolladas sobre piezas de hierro que se magnetizan bajo la acción de los imanes o electroimanes del inductor. Dado que el inductor está girando, el campo magnético que actúa sobre las cuatro piezas de hierro cambia de sentido cuando el rotor gira 90º, y su intensidad pasa de un máximo, cuando están las piezas enfrentadas como en la figura, a un mínimo cuando los polos N y S están equidistantes de las piezas de hierro. Son estas variaciones de sentido y de intensidad del campo magnético las que inducirán en las cuatro bobinas una diferencia de potencial que cambia de valor y de polaridad siguiendo el ritmo del campo. El flujo magnético (Φ) a través de cada espira de las bobinas que constituyen el inducido tiene por valor el producto de la intensidad de campo (B), por la superficie de la espira (s) y por el coseno del ángulo formado por el plano que contiene a esta y la dirección del campo magnético (cos φ), por lo que el flujo en cada instante será:

d\Phi=B\times ds\times cos\phi \,

Como por otra parte tenemos que siempre que se produce una variación del flujo magnético que atraviesa a una espira se produce en ella una F.E.M. (E) inducida cuyo valor es igual a la velocidad de variación del flujo, por tanto tendremos que,

E=-\frac{d\Phi}{dx}

El signo menos delante de E expresa que, según la Ley de Lenz, la corriente inducida se opone a la variación del flujo que la genera. Si la fuerza electromotriz inducida en una espira es igual a E, la fuerza electromotriz total (Et) es igual a:

E_t = E\times n \,

Siendo n el número total de espiras del inducido. La frecuencia de la corriente alterna que aparece entre las bornes A-B se obtiene multiplicando el número de vueltas por segundo del inductor por el número de pares de polos del inducido (en el caso ilustrado, 2).

GRAFICAS DE REFERENCIA:

Vista lateral de la central mostrando el generador de vapor

TURBOGENERADOR:

TANDEM COMPOUND de doble flujo en el escape, una etapa de recalentamiento, dos cilindros (Alta- intermedia y baja presión), condensación, 3,600 RPM., 560 mm. De mercurio de vació absoluto en la presión de escape y extracciones de vapor para calentamiento del agua de alimentación a la caldera, con los accesorios y auxiliares necesarios para su operación.

DIAGRAMA ESQUEMATICO ELEMENTAL DE LA CENTRAL TERMOELÉCTRICA SALAMANCA

 

Conclusiones y Comentarios

ü  Aprendimos las diferentes formas de generación de energía eléctrica y la utilidad del turboalternador en ésta.

ü  El turboalternador como pudimos  concluir en el trabajo es igual a un alternador que estudiamos en clase con la diferencia de que éstos se fabrican para potencias muy grandes (potencias que manejan las centrales de energía eléctrica) y su primotor ahora es una turbina para que pueda producir dicha generación de energía eléctrica.

ü  Se puede tener una gran variedad de primotores gracias a la gran variedad de turbinas que se pueden conectar al turboalternador, el primotor también puede ser un motor como lo visto en clase.

ü  Aprendimos acerca de las turbinas y su clasificación.

ü  Toda la información expuesta en esta investigación se obtuvo de las fuentes de Internet expuestas en la bibliografía.

Bibliografía

  • http://es.wikipedia.org/wiki/Central_termoel%C3%A9ctrica

Las siguientes fuentes de Internet se pueden consultar si se desea profundizar en el tema pero no se consultaron para el desarrollo de este trabajo de investigación:

  • www.edf.com          Electricité de France
  • www.aps.com          Arizona Public Service  Co.
  • www.tva.com           Tennessee Valley Authority
  • www.csw.com          Central South West Corporation.
  • www.sdge.com        San Diego Gas & Electric Company.

 

 

 

 

Autor:

Eddy Gaby Klever

 


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