¿Qué es y cómo funciona una turbina de vapor?

Otra de las principales fuentes de energía eléctrica que podemos encontrar en muchos países alrededor del mundo, es la turbina de vapor, una máquina que, al igual que las hidráulicas, son capaces de producir una gran cantidad de electricidad que puede ser aprovechada por cientos de hogares.

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Si nunca has escuchado hablar sobre esta importante maquinaria, o no conoces cómo funcionan, en este artículo te estaremos explicando todo lo que necesitas saber para entender su importancia y cómo es que logra convertir el vapor en energía eléctrica.

Así que, si quieres conocer el funcionamiento de una turbina de vapor, presta mucha atención a los datos que te daremos a continuación.

¿Qué es una turbina de vapor?

La turbina de vapor es una turbomáquina motora cuya principal función es transformar la energía proveniente del flujo del vapor que pasa a través de su rodete, en energía mecánica que pueda ser utilizada para alimentación eléctrica de ciudades enteras.

Se trata de una máquina que en su funcionamiento se parece mucho a la turbina hidráulica, a diferencia de que, en este caso, en lugar de funcionar con la energía del flujo de agua, la turbina trabaja únicamente con vapor.

Las turbinas de vapor están presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluido que pueda cambiar de fase, entre estos el más importante es el ciclo de Rankine, el cual genera el vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de elevada temperatura y presión.

En la turbina se transforma la energía interna del vapor en energía mecánica que, normalmente, se transmite a un generador para producir electricidad.

¿Cómo funciona una turbina de vapor?

Volviendo a la física de la escuela secundaria, el agua hierve a 100 ° C. En ese punto, las moléculas se expanden y se obtiene el agua vaporizada, lo que conocemos comúnmente como vapor. Al aprovechar la energía contenida en las moléculas en rápida expansión, el vapor proporciona una eficiencia notable para la producción de energía.

Para hacértelo más fácil de entender, una turbina de vapor funciona usando una fuente de calor, que puede ser gas, carbón, energía nuclear o solar, para calentar el agua a temperaturas muy altas, hasta lograr que se convierta en vapor.

Luego, a medida que ese vapor pasa por las palas giratorias de la turbina, el vapor se expande y se enfría, por lo que la energía potencial del vapor se convierte así en energía cinética en las palas de la turbina giratoria.

Tal como ocurre con las turbinas hidráulicas, las turbinas de vapor generan movimiento rotatorio, por lo que son particularmente adecuadas para impulsar generadores eléctricos para la generación de energía eléctrica.

En este sentido, las turbinas están conectadas a un generador con un eje, que a su vez produce energía a través de un campo magnético que produce una corriente eléctrica.

¿Cuál es el origen de la turbina de vapor?

La primera turbina de vapor moderna fue desarrollada por Sir Charles A. Parsons en el año 1884, basándose en la Segunda Ley de la Termodinámica y el Teorema de Carnot, que afirma que con una mayor temperatura del vapor se obtiene una mayor eficiencia de la central eléctrica.

turbina a vapor qué es?

Esta turbina se utilizó para iluminar una exposición en Newcastle, Inglaterra y produjo solo 7,5 KW de energía. Hoy en día, los generadores de turbinas de vapor pueden producir más de 1.000 MW de energía en centrales eléctricas a gran escala.

¿Cuáles son los tipos de turbina de vapor?

Las turbinas de vapor se clasifican en dos tipos principales, los os cuales son las turbinas de acción y las de reacción. La principal característica que diferencia a ambos tipos es precisamente el tipo de reacción que se lleva a cabo al momento de condensar el vapor del agua.

Para que lo entiendas mejor, a continuación te explicamos cada una de ellas:

  • Turbinas de acción: Son aquellas en las que el cambio o expansión del vapor es realizada en los álabes directores o las toberas de inyección de la turbina. Cada uno de estos elementos se encuentran sujetos al estátor. En el paso del vapor por el rotor, la presión se mantiene constante y se reduce considerablemente la velocidad.
  • Turbinas de reacción: La expansión, es decir, el salto del vapor puede realizarse tanto en el rotor como en el estátor, cuando este salto ocurre únicamente en el rotor la turbina se conoce como de reacción pura neta.

Como puedes ver, la única diferencia entre ambos tipos en precisamente la manera en la que se produce la energía proveniente del vapor. Sin embargo, ambas cumplen con el funcionamiento de generar energía eléctrica a partir del vapor del agua.

¿Para qué se usan las turbinas de vapor?

La turbina de vapor ha sido una de las máquinas más importantes para generación de energía y el funcionamiento de una gran cantidad de máquinas y sistemas de transporte a nivel mundial.

En un principio, de hecho, resultaban ser la herramienta ideal para generar la energía que necesitaban los barcos al momento de navegar a altas velocidades, es decir, se comportaban como los motores de los barcos.

Otro de los usos que se les solía dar a las turbinas de vapor era en las bombas de agua y compresores, en donde eran los encargados de generar la energía que les daba funcionamiento.

Un dato curioso es que, hoy en día, según muchos expertos en el ámbito de la electricidad, la energía generada por las turbinas de vapor se encuentra presente en un 75% de las redes eléctricas a nivel mundial.

¿Cuáles son las partes de una turbina de vapor?

La turbina de vapor, para poder funcionar de manera correcta, cuenta con una gran variedad de partes que se encuentran ensambladas en el cuerpo de la máquina, permitiendo que esta pueda cumplir sin problemas con el proceso de conversión del vapor en energía eléctrica.

Las partes de la turbina de vapor son las siguientes:

  • Sistema de admisión: Se trata de unas válvulas cuya función es controlar el flujo del vapor que entra hacia la turbina. Cada de una de estas válvulas son manejadas de forma hidráulica, aunque también pueden ser manejadas por un grupo de aceite de control o neumáticamente.
  • Cuerpo de turbina: Este, a su vez, se encuentra 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.

Cada una de estas partes permite el funcionamiento de la turbina. Claro que estas partes pueden llegar a averiar dependiendo del modelo de turbina de vapor del que se esté hablando, pues en el mercado es posible encontrar diferentes modelos y marcas, pero que al final cumplen con las mismas funciones.

¿Cuál es la importancia de la turbina de vapor?

Las turbinas de vapor son las máquinas más importantes en el campo de la conversión de energía, pues su potencia instalada mecánica y eléctrica acumulada supera en gran cantidad la de cualquier otro tipo de unidad generadora de energía.

Además, el diseño y procedimientos operativos con los que trabaja suelen ser muy avanzados y pueden llegar a considerarse componentes tecnológicos maduros. Por esta razón, en conjunto con las turbinas hidráulicas, se les considera una maquinaria de gran importancia para la generación de electricidad a nivel mundial.