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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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
2 2
Di/erentes tipos de turbinas, 0arias aplicaciones eemplos
condensación
Contra-presión
2da admisión
Extracción simple
Extracción doble
recalentado
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
3 3
Turbina de condensación salida de 0apor 4acia abao
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
4 4
Turbina de condensación salida de 0apor 4acia arriba
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
5 5
Turbinas de 0aporsalida a"ial – condensador a"ial
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
6
Desarrollo 4istórico de lasturbom5)uinas
1. $uedas de agua 6 no son turbom5)uinas 7 /uncionan por el peso del agua
2. olinos de 0iento
3. Jo4ann (. 0on !egner 1*8-1***, 9ratisla0a, medico, ingenieroapro". 1*#8 rueda de agua
. :eon4ard ;uler 1*8*-1*3 , !ui
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
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Desarrollo 4istórico de lasturbom5)uinas
#. Daniel 9ernoulli 1*88-1*2, !ui=sico mu% importante, trabaaba unto con :. ;uler
:a le% de 9ernoulli6
1?2 @ 02
A @ g 4 A p B const
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp$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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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
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Desarrollo 4istórico de lasturbom5)uinas
'. James 9. >rancis 11#-12, Inglaterra 1 constru%e la primera turbom5)uina con 5labes directri
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
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Turbina 4=drica >rancis
James 9. >rancis 1, ;;..
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
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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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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
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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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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
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Desarrollo 4istórico de lasturbom5)uinas
. 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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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
urbinas de vapor
Turbinas de acción % de reacción
$eacción
(cción
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Dr.-Ing. Jörg Tinappurbina de acción
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Dr.-Ing. Jörg TinappTurbina tipo acción (de Laval)
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
urbinas de vapor
Turbinas de acción y de reacción
.cción
/eacción
Casi toda la presión es trans/ormada en 0elocidad dia/ragmas% mu% poca e"pansión casi nada en el rotor 5labes
(pro". #8O de la presión es trans/ormada en 0elocidad 5labes /ios
la otra mitad de la e"pansión se 4ace en el rotor 5labes
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
Turbinas de vapor
Turbinas de acción % de reacción
h
s
h
s
c82 ?2
c12 ?2
c22 ?2
Np8
p1p2
&i B mt N
c82 ?2c12 ?2
c22 ?2
p8
p1
p2
N
4 4
(cción$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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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
urbina de acción
álabes fios - diafra!"as
dia/ragmas
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
Turbina de acción
carcasa inferior - diafra!"as
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Dr.-Ing. Jörg TinappLautaro # $ turbina de acción
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
Turbinas de acción
%iafra!"as con laberintos
fle&ibles
0tra turbina
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
Turbina de reaccióncon e"tracción regulada
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
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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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
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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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
$endimiento isentr ó
pico internoEariación 0ersus tiempo de operación
0btenido por mediciones
Tiempo de operación aHos
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
erivación de la ecuación de ,uler
trabao espec2fico
> B mt " cu B mt " c2u – c1u
B > " r B mt " c2u " r 2 - c1u " r 1
u B r " S & B " S N B & ? mt
N B c2u " u2 – c1u " u1
;cuación de ;uler
mt
Um2 ?s2Vu B r S
&i B mt N U Fg?s " m2 ?s2V B URm?s B V
;n este eemplo6 c2u B 8 , c1u B u1
N B - u1 2
&ara un /luido se puede escribir6> dt B d I W > dt B W d I B I 2 – I 1 B m c 2 – m c 1siendo m B constante6> t B m c2 – c1 > Bm?t c2 – c1
Impulso6 I X m c > B d?dt I B d?dt m c
& – Turbina B Y &i
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
Zlabes rot.
c$
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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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
3
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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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
urbinas de vapor
5labes /ios, 5labes rotatorios
c1
u1
01
c8 02
c2
u2
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
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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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
Cómo /unciona la e"tracción regulada_ m5s consumo en e"tracción
.7
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
Cómo /unciona la e"tracción regulada_ menos consumo en e"tracción
.7
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
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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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
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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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
a la sección de baa presión
;"tracción;"tracción
Turbinas de vapor
turbina de e"tracción regulada
8/15/2019 Cap. 02 Tipos de Turbinas
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
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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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
urbinas de vapor
5labes torcidos rotor de 9& de doble /luo, '88
1uente* TS
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
urbinas de condensación (17 M*)
Centrales térmicas
(lta presiónedia presióndoble /luo
9aa presión /luos
1uente*
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
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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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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
55
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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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
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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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
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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8/15/2019 Cap. 02 Tipos de Turbinas
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
Turbinas industrialesTurbina de condensación generación eléctrica2 bar-a, 88C, 3 , 11t?4, 3 tomas de 0apor
8/15/2019 Cap. 02 Tipos de Turbinas
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Dr.-Ing. Jörg Tinapp
Turbinas industrialesTurbina de e"tracción-condensación industria papelera
*3 bar-a, #2#8C, 32 , 11t?4, 2 tomas de 0apor
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