Máquinas eléctricas (página 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:

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).

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

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.

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:

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,

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:

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.entergy.com   
  Entergy Power Co.

• www.fpl.com          
  Florida Power Light

• 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.

• www.enel..com       
  Enel Italy.

Autor:

Eddy Gaby Klever