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8/17/2019 Turbina de Vapor de Laval
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TURBINA DE VAPOR DE LAVAL
La turbina De Laval es una turbina de acción, axial y parcial. Los distribuidores,
que tienen el característico perfil ideado para el caso por De Laval y sólo más
tarde estudiado teóricamente, son de sección circular y están dispuestos
simétricamente respecto á la rueda y de un lado de ella, como indica en
esquema la figura 200 a y en perspectiva la 200 b. La necesidad de limitar el
trabajo y de tener ruedas ligeras, con el objeto que más adelante diremos, an
llevado al constructor á ruedas de peque!o diámetro que dan un n"mero
elevadísimo de vueltas, reducido de #$#% á #$&, seg"n la potencia de la turbina,
mediante un tren de engranajes.
'l tren de engranajes está formado por un pi!ón y, generalmente, dos ruedas
dentadas que tienen una dentadura eli(oidal )inclinación *+-, dividida en dos
partes y con los respectivos dientes simétricos respecto al plano medio, con
objeto de evitar empujes axiales. 'l pi!ón es del mejor acero y las ruedas del
mejor bronce.
'n el siguiente cuadro se recogen las velocidades periféricas, los n"meros de
vueltas y el diámetro de las ruedas para diversas potencias en caballos
http://www.xtec.es/~cgarci38/ceta/tecnologia/turbinas.htmhttp://www.xtec.es/~cgarci38/ceta/tecnologia/turbinas.htm
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La forma del distribuidor y cómo tiene lugar la admisión del vapor en él está
indicado bastante claramente en la figura /0#. La longitud de los tubos deinyección depende de la relación entre las dos secciones extremas el de la
turbina de %00 caballos tiene los diámetros extremos de & y %/ milímetros y su
longitud de cerca de #+0 milímetros.
La figura /0/ representa la sección de la rueda móvil de la turbina de #00 á #+0
caballos1 es un disco de acero del más resistente )acero al cromo ó al níquel-,
cuyo perfil está determinado siguiendo las ideas que aora diremos y sobre
cuya periferia a ay ecas )2ig. /0%- acanaladuras b dentro de las que entranfor(adas las paletitas c de acero.
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Las paletas, estampadas y cuidadosamente repasadas con el fresado antes de
montarse, tienen una altura )dimensión en el sentido del eje de la turbina-
constante de #0 milímetros, cualquiera que sea el diámetro de la rueda1 una
longitud que depende de este diámetro y que, en función de él, puede con gran
aproximación expresarse como D$/0 3 & mm. 4u distancia )paso- medida sobre
el borde de la rueda varía de & á #0 milímetros. La rueda de + caballos tiene *0
paletas y /00 la de #00 á #+0.
'l sistema de unión ideado por De Laval es uno de los poquísimos, si no el
"nico posible, dada la facilidad con que se puede recambiar eventualmente
cualquier paleta, ante la fuer(a centrífuga que solicita á éstas en el sentido del
radio.
4i suponemos que una paleta de la rueda D +00 pesa #+ gramos, y
recordamos que la velocidad de máximo rendimiento de tal rueda es de %*0
metros por segundo, podemos calcular la fuer(a centrífuga que tiende á
arrancar esta paleta de la rueda. 4erá, en 5ilogramos
0,0#+$6, x %*0$0,/+ 7 8#0 5ilogramos.
'n estas turbinas, el ángulo 9 es de unos /0.
:on un n"mero de vueltas tan elevado como tiene lugar en la turbina De Laval,
debió preocupar mucísimo el centrado de la rueda en el árbol. ;nte la
dificultad casi insuperable que presentaba el acer coincidir exactamente el
baricentro de la rueda con el eje de rotación, De Laval abandonó el sistema
rígido y empleó, muy ingeniosamente, un árbol flexible1 la rueda móvil está
montada entre las dos mitades de un árbol delgado y unida á él por medio de
platillos )fig. /0/- ó con otros sistemas fáciles de imaginar.
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;sí, el árbol de la rueda de + caballos, indicado en la figura /0*, tiene ppl velocidad
crítica, bajo la cual el centro de gravedadG del sistema coincide con el punto C .
%. 4i la velocidad angular del eje es superior á la crítica, cuanto mayor es la
relación entre estas dos velocidades tanto más se acerca el centro de
gravedad G al eje de rotación A O B, que resulta eje principal de inercia del
sistema giratorio.
:omo ya se a visto en la figura /0#, cada distribuidor está provisto de una
válvula, con la cual se puede variar ó cerrar su sección mínima, efectuándose
la regulari(ación á mano. ;utomáticamente se ace siguiendo el segundo de
los métodos generales, esto es, estrangulando más ó menos el vapor de
admisión.
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'l regulador está montado en la extremidad del eje accionado por la turbina, y
las partes que lo componen están representadas en la figura /0& en vista y en
la /06 en sección, juntamente con los órganos que transmiten sus variaciones
á la válvula de contracción.
La pie(a 10 )figs. /0& y /06- está unida al eje por medio de la parte
cilindrica E que se introduce en el cinco K 1 contra ella se apoyan dos medios
manguitos 8 )figs. /0& y /06-, provistos cada uno de un apéndice, en el que
encuentra colocación conveniente un peque!o tope. :ontra estos dos topes
act"an, por medio de una especie de embolo D)figura /06-, provisto de un
vastago 11 )figs. /0& y /06-, uno ó dos muelles cilindricos mantenidos fijos en
el otro extremo por el tapón 12 atornillado en la parte cilindrica de la pie(a 10 .
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Lo que sucede se comprende fácilmente la fuer(a centrífuga tiende á acer
girar los medios manguitos alrededor de la línea 14 que les sirve de apoyo
contra la base 13 de la repetida pie(a 10 , empujando éstos acia la dereca al
émbolo D, el vastago 11 y, por consiguiente, por medio de un manguitoM , el
bra(o L de una palanca angular que, como indica la figura /#0, acciona una
válvula de admisión de doble asiento. 'l muelle X )fig. /06- facilita el retorno de
la palanca L á la posición que corresponde á la completa abertura de la turbina.
'n los modelos americanos de la turbina De Laval, provista de condensador, el
regulador act"a también, por medio del dado Q, sobre una válvula de aire T . 'l
objeto de ésta es variar el vacío en la cámara donde gira la rueda. 'l aire que
entra por P opone una mayor resistencia á la rotación de la rueda y ace variar
rápidamente la velocidad de salida del vapor.
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'n los tipos modernos se procura accionar automáticamente la válvula de cada
una de las bocas del distribuidor por medio de un peque!o servomotor de
vapor, como indica la figura /##. 'l vapor entra bajo el émbolo empujado en
sentido opuesto por un muelle cilindrico y mueve el vastago asta que abre
más ó menos la sección mínima del tubo de inyección, seg"n la presión del
vapor admitido en el servomotor.
La figura /#/ representa la sección eca en una turbina De Laval de peque!a
potencia por un plano vertical que pase por el eje de la rueda móvil. 'l vapor,
antes de llegar al distribuidor, pasa á través de un filtroG y luego por la válvula
de admisión )fig. /#0-. R indica la rueda móvil y P es el pi!ón montado sobre su
eje. Después cambia la sección y puede verse la polea montada sobre el ejeaccionado por el engranaje y su correspondiente soporte.
La figura /#% es la planta de la turbina1 la /#*, una vista lateral, y la /#+, una
sección de uno de los soportes del árbol flexible que lleva la rueda móvil.
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La turbina de vapor De Laval se acopla directamente, con el eje ó los ejes
secundarios, á, diversas clases de máquinas "tiles generadores eléctricos,
bombas centrífugas, ventiladores.
La lámina ??? representa la vista exterior de una turbina de %00 caballos
acoplada á dos dinamos de corriente continua. ; la dereca se ven la cámara
de la turbina y los volantes de maniobra de las válvulas de los distribuidores. ;continuación se encuentra la caja que contiene los engranajes eli(oidales1 un
pi!ón central acciona dos engranajes laterales, sobre cuyos ejes están
acoplados con enlace rígido los generadores eléctricos. @odo el conjunto
reposa sobre una sola basa.
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Los datos experimentales que ay sobre la turbina De Laval son muy
numerosos. =erdaderamente interesantes desde el punto de vista científico, noexisten sin embargo más que los ya citados de Delaporte, dirigidos á
determinar también el rendimiento orgánico de una turbina de /00 caballos. Las
cifras recogidas á continuación dan el trabajo absorbido en la rotación de la
rueda por los soportes y los engranajes
@rabajo absorbido por la rotación de la rueda #0,/ caballos.
Ao(amiento en los soportes /,+ B
'ngranajes /,0 B@otal #*,8 caballos.
C como los caballos obtenidos eran en una de las experiencias #68,+,
tendremos un rendimiento orgánico de 0,6%.
'n el siguiente cuadro se recogen los resultados de las experiencias ecas en
#60/ en @renton con una turbina De Laval de la casa americana.
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La característica de la turbina de vapor De Laval es una gran simplicidad deórganos y audacia desde el punto de vista constructivo. 4i tuviera un consumo
de vapor )entiéndase que aquí nos referimos á las unidades de #+0 á %00
caballos- siquiera próximo al de los corrientes motores de émbolo, creemos
que ace ya tiempo sería preferida, porque los engranajes reductores de
velocidad están perfectamente estudiados y trabajados y, por su parte, no
permiten temor alguno.
ero el tipo De Laval es el que mayormente luca con el enemigo com"n átodas las turbinas de fluido elástico con la fuer(a centrífuga. :uando se llegue
á obtener, y es de esperar que esto suceda, un material que se trabaje con
facilidad y soporte cargas de rotura capaces de permitir que gire á +00 metros
de velocidad periférica y con un gran coeficiente de seguridad una rueda de
diámetro no exagerado provista de paletas más altas, en el sentido del eje de la
rueda, de las que aora emplea De Laval, creemos que se podrá obtener de
tales turbinas un 8+ por #00 de rendimiento relativo y, por consiguiente,
trabajando con presiones elevadas, con fuertes recalentamientos y un buen
vacío, un consumo de vapor por caballoEora como asta oy no an llegado
los motores de émbolo.
La limitación de la velocidad ace que el rendimiento relativo sea bueno
cuando es imperfecto el rendimiento térmico, esto es, cuando la turbina trabaja
con vapor á baja presión y con un vacío normal, y sea malo si la presión es
elevada, el vapor recalentado y el vacío muy avan(ado, por dos causas
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#F. orque es elevada la pérdida dentro de la rueda móvil.
/F. orque es grande el valor de la energía perdida en el escape.
La pérdida dentro de la rueda es elevada por mucas ra(ones. La forma de los
conductos distribuidores ace que resulten infinidad de valores para el
ángulo 9 )fig. /#
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Llevando como abscisas el valor de la distancia de diferentes secciones del
corro de vapor á partir de la sección mínima del distribuidor y como ordenadas
las presiones, en ellas se obtendría una línea análoga á la ab cd e )fig. /#6-.
'l vapor se expansiona, pues, á la salida de la rueda móvil. 4e encuentra otra
pérdida dentro de la rueda móvil por efecto de la discontinuidad del distribuidor
cuando las paletas se allan en la posición representada en la figura //0, los
filetes de vapor extremos, en el sentido del movimiento de la rueda, cocan,
con la paleta acia su centro, entrando y saliendo de la rueda móvil en pésimas
condiciones de rendimiento.