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Clases de perdidas en turbinaTRANSCRIPT
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DOCENTE: Ing. Serapio Quillos Ruiz
1 Ing. Serapio Quillos Ruiz
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERIA
E.A.P. INGENIERIA MECNICA
MQUINAS TRMICAS II
PRDIDAS y RENDIMIENTOS
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2 Ing. Serapio Quillos Ruiz
PRDIDA DE ENERGA
Debido a diferentes factores, se tienen prdidas internas o externas de energa en las turbinas que
genera a una disminucin en la eficiencia total de
stas, representadas entre otras en un incremento en
la energa trmica del fluido que se necesita para
convertirla en un trabajo mecnico til.
Adems de esto, la cada real de entalpa es menor que la calculada inicialmente para un ciclo ideal o
adiabtico para luego ser transformada en trabajo
mecnico en el eje de la turbina.
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3 Ing. Serapio Quillos Ruiz
PRDIDA EN LA TURBINA
Prdidas en las Toberas y los labes.
Prdidas en los discos o ruedas de turbina.
Prdidas por admisin parcial.
Prdidas por fuga de fluido en los sellos internos y externos.
Prdidas por la velocidad residual.
Prdidas Mecnicas.
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4 Ing. Serapio Quillos Ruiz
PRDIDA EN LA TURBINA
Prdidas por rozamiento en los labes distribuidores.
Prdidas por rozamiento en los labes de la corona mvil.
Prdidas por velocidad a la salida.
Prdidas por rozamientos de los discos, ventilacin de los labes no inyectados en inyeccin parcial.
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5 Ing. Serapio Quillos Ruiz
CORONAS DE PALETAS
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6 Ing. Serapio Quillos Ruiz
CHOQUE DE CONDENSACIN
Cuando el vapor se expande sbitamente desde un estado sobrecalentado, a travs de la lnea de
saturacin de vapor, aparecen unas condiciones de
equilibrio metaestable en el cual el vapor no se
condensa inmediatamente, al pasar por el punto 1.
Sino que no tiene lugar un cambio en las caractersticas del vapor, que continua siguiendo las
leyes que gobiernan el vapor sobrecalentado durante
un cierto tramo por debajo del punto 1, hasta que se
alcanza una determinada presin ms baja.
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7 Ing. Serapio Quillos Ruiz
CHOQUE DE CONDENSACIN
En ese momento ocurre una condensacin repentina, y el estado del sistema vuelve a ser de equilibrio
termodinmico, teniendo el vapor una calidad definida
por la presin y el volumen especfico (o la entropa)
en el punto 2.
Dicho fenmeno se da en la prctica tanto en las turbinas como en toberas, en las que se producen
expansiones sbitas.
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8 Ing. Serapio Quillos Ruiz
CHOQUE DE CONDENSACIN
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9 Ing. Serapio Quillos Ruiz
CHOQUE DE CONDENSACIN
El vapor en la regin 1 => 2 se denomina vapor sobresaturado o subenfriado. El lugar geomtrico de
los puntos 2 a distintas presiones, que en realidad
constituye una banda o zona, recibe el nombre de
Lnea de Wilson.
Esta lnea est situada unos 140 kJ/kg por debajo de la lnea de saturacin de vapor en el diagrama de
Mollier.
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10 Ing. Serapio Quillos Ruiz
CHOQUE DE CONDENSACIN
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11 Ing. Serapio Quillos Ruiz
CHOQUE DE CONDENSACIN
Cuando la expansin del vapor cruza la lnea de Wilson, retorna el equilibrio termodinmico a travs
de una condensacin sbita.
Ello libera la entalpa de vaporizacin del vapor condensado y se traduce en un repentino aumento de
presin y la consiguiente reduccin del volumen
especfico y velocidad del vapor.
El fenmeno se conoce como choque de condensacin, y es parecido, aunque no idntico, al
choque tpico que tiene lugar en las toberas
supersnicas. Se trata de un proceso esencialmente
irreversible que produce una prdida adicional de
rendimiento.
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12 Ing. Serapio Quillos Ruiz
PRDIDA POR ROZAMIENTO
El rozamiento del fluido es la causa ms importante de todas las prdidas en las turbinas.
Se produce a travs de toda la turbina. Para empezar, aparece un rozamiento en las toberas de vapor. El
siguiente es el que se produce en las paletas, que
anteriormente se ha visto que poda minimizarse
reduciendo las velocidades del vapor mediante un
escalonamiento.
La prdidas por rozamiento del fluido pueden totalizar alrededor de un 10 % de toda la energa utilizable por
la turbina.
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13 Ing. Serapio Quillos Ruiz
FALTA POR ENTANQUEIDAD
Las fugas de vapor pueden producirse dentro o hacia el exterior de una turbina.
Dentro de la turbina, el vapor puede escaparse entre los extremos de las paletas mviles y la carcasa, en
los casos donde existe una cada de presin a lo largo
de stas, como ocurre en una turbina de reaccin.
Dichas prdidas son tanto ms grandes cuanto mayor sea la cada de presin, es decir en las etapas de
presin ms alta, y cuanto mayor sea la relacin entre
la holgura paleta-carcasa y la altura de la paleta. Este
vapor que se pierde sufre un proceso de
estrangulacin y representa una prdida de energa
til.
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14 Ing. Serapio Quillos Ruiz
PRDIDAS POR HUMEDAD
La presencia de gotitas de lquido causa otras prdidas.
Estas gotitas tienen una distribucin de velocidades y tamaos dada, diferente a la del chorro en una tobera
de lquido.
Algunas de estas gotas de baja velocidad salpican contra las paletas mviles, es decir inciden sobre ellas
con ngulos distintos al de diseo, reduciendo as el
trabajo mecnico desarrollado por el rotor.
Otras son aceleradas por el propio vapor del que toman parte de su energa intercambiando con l una
cierta cantidad de movimiento.
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15 Ing. Serapio Quillos Ruiz
PALETA DE TURBINA CON SURCOS DE EXTRACCIN DE HUMEDAD
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16 Ing. Serapio Quillos Ruiz
PRDIDAS EN EL ESCAPE
Ya se ha mencionado que en cada etapa individual, tanto de impulso como de reaccin, de una turbina,
existen unas velocidades residuales de salida del
vapor.
La energa cintica correspondiente, en general, se recupera en las etapas siguientes, excepto para el
caso de la ltima corona de la turbina.
La velocidad de salida de sta, de un vapor a baja presin con un volumen especfico mximo, as como
la energa cintica asociada, representa unas prdidas
para la turbina.
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17 Ing. Serapio Quillos Ruiz
PRDIDAS POR TRANSMISIN DE CALOR
La conduccin tiene lugar internamente a travs del metal entre las distintas etapas y viene favorecida por
la conveccin, que se origina en gran parte debido a
las elevadas velocidades del vapor.
La conduccin aparece tambin entre la carcasa de la turbina y su cimentacin.
Las prdidas por conveccin y radiacin se producen desde la carcasa de la turbina hacia la atmsfera del
edificio de turbinas y son ms pronunciadas para el
cuerpo de alta presin, en el que las temperaturas del
vapor son mximas.
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18 Ing. Serapio Quillos Ruiz
PRDIDAS MECNICAS Y ELCTRICAS
Una vez que la turbina ha extrado un trabajo del sistema, ha de suministrarlo al generador elctrico.
Con ello, aparecen prdidas por rozamiento en
cojinetes, en el mecanismo de regulacin y en la caja
reductora, si es que existe. Tambin ha de desarrollar
un cierto trabajo mecnico requerido por distintos
accesorios como las bombas de aceite lubricante, etc.
Las prdidas mecnicas son prcticamente constantes e independientes de la carga.
Por otra parte, este porcentaje es tanto menor cuanto mayor sea la turbina. En general, las prdidas
mecnicas son bastante pequeas, ascendiendo a
alrededor de un 1 % o menos de la energa de la
turbina.
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19 Ing. Serapio Quillos Ruiz
PUNTO DE OPERACIN ECONMICA
Prdidas que decrecen con el aumento de la potencia, como ser, las prdidas por ventilacin de paletas
inactivas.
Prdidas constantes, tales como prdidas mecnicas en cojinetes, accionamiento de accesorios, prdidas
de calor al exterior.
Prdidas proporcionales a la carga, tales como las fugas en los laberintos y por los extremos de paletas.
Prdidas que crecen con el cuadrado de la carga, como la energa cintica de salida.
La suma de las prdidas y forma una curva. El mnimo de la curva define el punto de operacin econmica:
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20 Ing. Serapio Quillos Ruiz
PUNTO DE OPERACIN ECONOMICA
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MUCHAS GRACIAS
Ing. Serapio Quillos Ruiz
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