La turbina de vapor es un tipo de turbomáquina de motor que modifica la energía proveniente del flujo de vapor en otra clase de energía, la mecánica. Las turbinas de esta naturaleza se suelen utilizar en distintos ciclos de potencia que emplean un fluido que tiene la propiedad de cambiar de fase.
El ciclo más usado es el que emplea vapor proveniente de una caldera y que sale con temperatura y presión elevadas. Las turbinas de vapor sirven para generar energía eléctrica a partir de la energía mecánica del movimiento, siempre alimentados por energía térmica.
Para qué sirve una turbina de vapor?
Las turbinas de vapor se emplean en muchas circunstancias, ya que son muy versátiles. Al principio se comportaban como los motores de los barcos que necesitaban mucha potencia. Por otro lado, en la industria, se usan para el funcionamiento de bombas y compresores. Aún así, la aplicación más común y relevante es la de generar energía eléctrica.
Se calcula que la turbina de vapor está presente hasta en un 75% de la energía eléctrica producida a nivel mundial. Se emplea en centrales térmicas (gas, carbón, biomasa, etc.) y en centrales nucleares.
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Como funciona una turbina de vapor?
- El vapor se obtiene a partir de una caldera que hace hervir el agua (la caldera no forma parte de la estructura de la turbina). Puede usarse petróleo, gas, carbón o uranio para calentar la caldera.
- El vapor que se produce tiene alta presión y alta velocidad. Para comprender de qué se trata hay que hacerse la idea de una olla con un pequeño agujero por donde sale el vapor.
- Unos tubos, conocidos como toberas, llevan el vapor que se genera en la caldera hasta la turbina. Cuando el vapor llega a la turbina, choca con unas paletas haciendo girar la turbina y el eje que esta tiene.
- Una fila compuesta de paletas se denomina carrete, la turbina se conforma por varios carretes que contienen varias paletas.
Transformación de energía
En este instante la energía química que proviene del combustible que se utilizó para hervir el agua está transformándose en energía de movimiento rotatorio o energía cinética. Si el rotor de la turbina se encuentra unido a un generador o dínamo, entonces se produce energía eléctrica.
Qué sucede con el vapor residual?
Cuando el vapor sale de los carretes de la turbina, ya ha perdido fuerza y cierto grado de calor. Sin embargo, este vapor residual se aprovecha convirtiéndolo en líquido (condensación) y se dirige nuevamente hacia la caldera. Entonces, se vuelve a calentar y se reutiliza en el circuito.
Se trata de un circuito cerrado donde se aprovecha la presión y el calor residual del valor cuando sale de la turbina. Se reducen las pérdidas al no dejarlo escapar a la atmósfera.
Partes de la turbina de vapor
- Sistema de admisión: Son unas válvulas que controlan el caudal de vapor en la entrada de la turbina. Estas válvulas están pilotadas de forma hidráulica. Además, pueden ser pilotadas por un grupo de aceite de control o neumáticamente.
- Cuerpo de turbina: Está compuesto por el rotor, el cual posee las coronas giratorias de las paletas o álabes, el eje, el estator y la carcasa.
- Escape de la turbina: Es la parte posterior de la turbina y es desde donde se lleva el vapor hacia el condensador o tubería contrapresión.
- Áreas de extracción o reinyección: Zona donde el vapor se extrae o se inyecta.
- Cierres laberínticos de vapor: Disminuye las fugas de vapor por los orificios.
- Reductor: Cuando la velocidad a la que el eje rota resulta mayor a la usada para accionar el alternador, el reductor se encarga de disminuir la cantidad de revoluciones.
- Generador: Componente que consume la fuerza motora emitida por la turbina y se encarga de generar corriente eléctrica.
