Diferencia entre la turbina de gas y la turbina de vapor

Turbina de gas vs turbina de vapor

Las turbinas son una clase de turbo maquinaria utilizada para convertir la energía en un fluido que fluye en energía mecánica mediante el uso de mecanismos del 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 maquinaria turbo térmica, donde el trabajo se genera a partir del cambio de entalpía del fluido de trabajo; i.mi. La energía potencial del fluido en forma de presión se convierte en energía mecánica.

Basado en la dirección de las turbinas de flujo de fluido se clasifican en turbinas de flujo axial y turbinas de flujo radial. Técnicamente, una turbina es un expansor, que ofrece salida de trabajo mecánico por la disminución de la presión, que es el funcionamiento opuesto del compresor. Este artículo se centra en el tipo de turbina de flujo axial, que es más común en muchas aplicaciones de ingeniería.

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 una presión se dirige a través de una serie de rotores que consisten en cuchillas anguladas montadas en un disco giratorio unido al eje. Entre cada disco de rotor se montan las cuchillas estacionarias, que actúan como boquillas y guías al flujo de fluido.

Más sobre la turbina de vapor

Aunque el concepto de usar vapor para hacer trabajos mecánicos se usó durante mucho tiempo, la moderna turbina de vapor fue diseñado por el ingeniero inglés Sir Charles Parsons en 1884.

La turbina de vapor usa vapor presurizado de una caldera como fluido de trabajo. El vapor sobrecalentado que ingresa a la turbina pierde su presión (entalpía) que se mueve a través de las cuchillas de los rotores, y los rotores mueven el eje al que están conectados. Las turbinas de vapor ofrecen potencia a una velocidad suave y constante, y la eficiencia térmica de una turbina de vapor es mayor que la de un motor al recíproco. La operación de la turbina de vapor es óptima en estados de rpm más altos.

Estrictamente, la turbina es solo un componente único de la operación cíclica utilizada para la generación de energía, que es idealmente modelada por el ciclo de Rankine. Las calderas, intercambiadores de calor, bombas y condensadores también son componentes de la operación, pero no son partes de la turbina.

En los días modernos, el uso primario de las turbinas de vapor es para la generación de energía eléctrica, pero a principios del siglo XX, se utilizó turbinas de vapor como planta de energía para barcos y motores de locomotoras. Como una excepción, en algunos sistemas de propulsión marina donde los motores diesel no son prácticos, como los portaaviones y los submarinos, las máquinas de vapor todavía se usan.

Más sobre la turbina de gas

El motor de la turbina de gas o simplemente una turbina de gas es un motor de combustión interna, que usa gases como el aire como fluido de trabajo. El aspecto termodinámico de la operación de la turbina de gas está idealmente modelado por el ciclo de Brayton.

El motor de turbina de gas, a diferencia de la turbina de vapor, consta de varios componentes clave; Esos son el compresor, la cámara de combustión y la turbina, que se ensamblan a lo largo de un eje giratorio, para realizar diferentes tareas de un motor de combustión interna. La ingesta de gas desde la entrada se comprime primero usando un compresor axial; que realiza exactamente lo contrario de una turbina simple. El gas presurizado se dirige a través de una etapa de difusor (una boquilla divergente), en la que el gas pierde su velocidad, pero aumenta la temperatura y la presión aún más.

En la siguiente etapa, el gas ingresa a la cámara de combustión donde un combustible se mezcla con el gas y se enciende. Como resultado de la combustión, la temperatura y la presión del gas se elevan a un nivel increíblemente alto. Este gas luego pasa a través de la sección de la turbina, y al pasar por el paso de rotación del eje. Una turbina de gas de tamaño promedio produce tasas de rotación del eje hasta 10,000 rpm, mientras que las turbinas más pequeñas pueden producir 5 veces más.

Las turbinas de gas se pueden usar para producir torque (por el eje giratorio), empuje (por escape de gas de alta velocidad) o ambas en combinación. En el primer caso, como en la turbina de vapor, el trabajo mecánico administrado por el eje es simplemente una transformación de la entalpía (presión) de la alta temperatura y el gas a presión. Parte del trabajo del eje se utiliza para conducir el compresor a través de un mecanismo interno. Esta forma de la turbina de gas se usa principalmente para la generación de energía eléctrica y como plantas de energía para vehículos como tanques e incluso automóviles. El tanque de Abrams M1 de EE. UU. Utiliza un motor de turbina de gas como planta de energía.

En el segundo caso, el gas de alta presión se dirige a través de una boquilla convergente para aumentar la velocidad, y el empuje es generado por el gas de escape. Este tipo de turbina de gas a menudo se llama motor a reacción o motor de turbojetamiento, lo que alimenta el avión de combate militar. El turbofán es una variante avanzada de lo anterior, y la combinación de la generación de empuje y trabajo se usa en motores de turbopropulsor, donde el trabajo de eje se usa para conducir una hélice.

Existen muchas variantes de las turbinas de gas diseñadas para tareas específicas. Se prefieren sobre otros motores (principalmente motores alternativos) debido a su alta relación de potencia / peso, menos vibración, altas velocidades de operación y confiabilidad. El calor de los residuos se disipa casi por completo como el escape. En la generación de energía eléctrica, esta energía térmica de residuos se usa para hervir agua para ejecutar una turbina de vapor. El proceso se conoce como generación de energía de ciclo combinado.

¿Cuál es la diferencia entre la turbina de vapor y la turbina de gas??

• La turbina de vapor utiliza vapor de alta presión como fluido de trabajo, mientras que la turbina de gas usa aire o algún otro gas como fluido de trabajo.

• La turbina de vapor es básicamente un expansor que entrega un torque como salida de trabajo, mientras que una turbina de gas es un dispositivo combinado de compresor, cámara de combustión y turbina que ejecuta una operación cíclica para ofrecer trabajo como torque o empuje.

• La turbina de vapor es solo un componente que ejecuta un paso del ciclo de Rankine, mientras que el motor de turbina de gas ejecuta todo el ciclo de Brayton.

• Las turbinas de gas pueden entregar torque o empuje a medida que sale el trabajo, mientras que las turbinas de vapor casi todo el tiempo ofrecen torque a medida que sale de trabajo.

• La eficiencia de las turbinas de gas es mucho mayor que la turbina de vapor debido a las mayores temperaturas de funcionamiento de las turbinas de gas. (Turbinas de gas ~ 1500 0c y turbinas de vapor ~ 550 0c)

• El espacio requerido para las turbinas de gas es mucho menor que la operación de la turbina de vapor, porque la turbina de vapor requiere calderas e intercambiadores de calor, que deben conectarse externamente para su adición de calor.

• Las turbinas de gas son más versátiles, porque muchos combustibles se pueden usar y el fluido de trabajo, que debe alimentarse continuamente, está disponible en todas partes (aire). Las turbinas de vapor, por otro lado, requieren grandes cantidades de agua para la operación y tienden a causar problemas en temperaturas más bajas debido a la formación de hielo.