Turbina de impulso frente a turbina de reacción
Las turbinas son una clase de maquinaria turbo que se utiliza para convertir la energía de un fluido en movimiento en energía mecánica mediante el uso de mecanismos de rotor. Las turbinas, en general, convierten la energía térmica o cinética del fluido en trabajo. Las turbinas de gas y las turbinas de vapor son máquinas turbo térmicas, donde el trabajo se genera a partir del cambio de entalpía del fluido de trabajo; es decir, la energía potencial del fluido en forma de presión se convierte en energía mecánica.
La estructura básica de una turbina de flujo axial está diseñada para permitir un flujo continuo de fluido mientras se extrae la energía. En las turbinas térmicas, el fluido de trabajo a alta temperatura y presión se dirige a través de una serie de rotores que consisten en álabes en ángulo montados en un disco giratorio unido al eje. Entre cada disco de rotor, se montan palas estacionarias, que actúan como boquillas y guían el flujo de fluido.
Las turbinas se clasifican utilizando muchos parámetros, y la división de impulso y reacción se basa en el método de convertir la energía de un fluido en energía mecánica. Una turbina de impulso genera energía mecánica completamente a partir del impulso del fluido cuando impacta en las palas del rotor. Una turbina de reacción usa el fluido de la boquilla para crear impulso en la rueda del estator.
Más sobre la turbina de impulso
Las turbinas de impulso convierten la energía del fluido en forma de presión al cambiar la dirección del flujo del fluido cuando impacta en las palas del rotor. El cambio en el impulso da como resultado un impulso en las palas de la turbina y el rotor se mueve. El proceso se explica utilizando la segunda ley de newton.
En una turbina de impulso, la velocidad del fluido aumenta al pasar a través de una serie de boquillas antes de dirigirse a las palas del rotor. Las palas del estator actúan como boquillas y aumentan la velocidad al reducir la presión. La corriente de fluido con mayor velocidad (momento) luego impacta con las palas del rotor, para transferir el momento a las palas del rotor. Durante estas etapas, las propiedades del fluido sufren cambios característicos de las turbinas de impulsión. La caída de presión ocurre completamente en las boquillas (es decir, los estatores), y la velocidad aumenta significativamente en los estatores y cae en los rotores. En esencia, las turbinas de impulso solo convierten la energía cinética del fluido, no la presión.
Las ruedas Pelton y las turbinas de Laval son ejemplos de turbinas de impulso.
Más sobre la turbina de reacción
Las turbinas de reacción convierten la energía del fluido por la reacción en las palas del rotor, cuando el fluido sufre un cambio de momento. Este proceso se puede comparar con la reacción en un cohete por los gases de escape del cohete. El proceso de las turbinas de reacción se explica mejor utilizando la segunda ley de Newton.
Una serie de boquillas aumenta la velocidad de la corriente de fluido en la etapa del estator. Esto crea una caída de presión y un aumento en la velocidad. Luego, la corriente de fluido se dirige a las palas del rotor, que también actúan como boquillas. Esto reduce aún más la presión, pero la velocidad también cae como resultado de la transferencia de energía cinética a las palas del rotor. En las turbinas de reacción, no solo la energía cinética del fluido, sino también la energía del fluido en forma de presión se convierte en energía mecánica del eje del rotor.
La turbina Francis, la turbina Kaplan y muchas de las turbinas de vapor modernas pertenecen a esta categoría.
En el diseño moderno de turbinas, los principios de operación se utilizan para generar una salida de energía óptima y la naturaleza de la turbina se expresa por el grado de reacción (Λ) de la turbina. El parámetro es básicamente la relación entre la caída de presión en la etapa del rotor y la etapa del estator.
Λ=(cambio de entalpía en la etapa del rotor) / (cambio de entalpía en la etapa del estator)
¿Cuál es la diferencia entre la turbina de impulso y la turbina de reacción?
En una turbina de impulso, la caída de presión (entalpía) ocurre completamente en la etapa del estator, y en la turbina de reacción, la presión (entalpía) cae en las etapas del rotor y del estator. {Si el fluido es comprimible, (generalmente) el gas se expande en las etapas del rotor y del estator en las turbinas de reacción.}
Las turbinas de reacción tienen dos juegos de toberas (en el estator y el rotor) mientras que las turbinas de impulso solo tienen toberas en el estator.
En las turbinas de reacción, tanto la presión como la energía cinética se convierten en energía del eje, mientras que, en las turbinas de impulso, solo se utiliza la energía cinética para generar la energía del eje.
El funcionamiento de la turbina de impulso se explica mediante la tercera ley de Newton, y el de las turbinas de reacción se explica mediante la segunda ley de Newton.
