Flujo a Través de Tapas Fijas y Móviles de Turbinas y Compresores.

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Las turbinas con Etapas de Velocidad Curtis, estas toman la energía cinética del vapor y la usan para impulsar dos o tres rotores acoplados a un mismo árbol; en este montaje es necesario instalar alabes fijos en medio de los rotores; denominando al conjunto de elementos fijos seguido de álabes móviles, una etapa. Este diseño fue desarrollado por el Ingeniero Curtís y por tal razón a ésta turbina se le denomina comúnmente como turbina Curtís. La admisión del vapor es parcial, es decir que únicamente los alabes móviles que se encuentran enfrente de las toberas reciben vapor, los otros álabes trabajan en vacío.

Turbinas con Etapa de Presión Rateau, en este tipo, cada etapa está compuesta por un grupo de alabes fijos que actúan como toberas, es decir permiten una caída de presión y por lo tanto un incremento de la energía cinética del vapor y a continuación un grupo de alabes móviles que reciben la energía del vapor que sale de los alabes fijos transformándola en trabajo al árbol; todos los rotores están acoplados al mismo árbol. Estas turbinas pueden tener varias etapas (entre 5 y 15) y normalmente el vapor cubre la totalidad (360°) de los alabes móviles (admisión total) y utilizan generalmente en su primera etapa una de velocidad, que puede ser de tipo Laval o Curtis. En estas turbinas el régimen de rotación es menor que en las turbinas Laval o Curtis, lo cual permite lograr una mayor vida de la misma, su inconveniente es que el árbol debe ser robusto, debido a su gran longitud. Su nombre se debe a su inventor. Tal como ha sido descrita ésta turbina sería como tener varias turbinas Laval.

Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir. Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable.

Los compresores que se fabrican hoy día se dividen en dos grandes grupos, atendiendo a su principio de funcionamiento: los de flujo continuo o aerodinámicos y los de desplazamiento positivo o volumétricos.

- Los compresores de flujo continuo o aerodinámico: están basados en la Cantidad de movimiento, donde gracias a la fuerza recibida del motor de arrastre se aumenta la velocidad del fluido, para posteriormente transformarla en presión.

- Los compresores aerodinámicos disponen de un órgano fundamental denominado rodete, que gira sobre su eje, donde se produce la transformación de la energía mecánica, que recibe del motor de arrastre, en energía de fluido.

- Los compresores de desplazamiento positivo o volumétrico: aumentan la presión del gas gracias a la reducción de su volumen, transmitiendo esta presión íntegramente a todo el fluido situado aguas abajo. Estos compresores disponen de un elemento denominado desplazado, que atrapa el gas mediante la creación de una succión, reduce su volumen, y lo desplaza hacia la salida donde existe una presión superior. Los compresores volumétricos se dividen según el movimiento del desplazador en alternativos y rotativos.

- Los compresores alternativos: son los más utilizados en la industria por sus notables ventajas y características, que los convierten en los más económicos tanto en el momento de su adquisición como en el de su uso. Constan de un cilindro donde se desplaza alternativamente un émbolo arrastrado desde el exterior por un vástago, o simplemente por una biela; cuando éste comienza a salir del cilindro se crea una succión que permite la entrada del aire desde el exterior a través de una válvula, llenándola. Cuando el pistón regresa se reduce el volumen y se incrementa la presión del aire hasta alcanzar un valor en el que se abre una válvula que conecta el cilindro con el servicio.

- Los compresores volumétricos rotativos: disponen de un cuerpo o carcasa generalmente cilíndrico, dentro del cual están dispuestas unas piezas móviles giratorias de una forma variada, que crean unos recintos que en primer término atrapan el aire mediante succión, para luego disminuir su volumen, elevar su presión y al mismo tiempo desplazarlo hacia su salida, en contacto con una zona de mayor presión.

- Compresión por etapas: la elevación total de la presión del aire en un compresor puede llevarse a cabo de una sola vez, en un único cilindro, o bien hacerlo en dos o más escalones. En este caso el compresor dispondrá de tantos cilindros como etapas y el aire pasará por presiones intermedias, si bien un compresor puede utilizar dos o más cilindros para la compresión de cada etapa. La ventaja que este tipo de compresores reporta es el aprovechamiento de los escalones intermedios para refrigerar el aire, consiguiendo de esta manera disminuir la potencia absorbida. Debido a que la presión media de los cilindros se reduce, disminuyen las fugas y se aumenta el rendimiento volumétrico.

Para cada uno de los tipos de compresores el triángulo de velocidades se verá diferente ya que la velocidad con la que sale el aire de los alabes, lo hará con un ángulo distinto. Estas velocidades se genera a partir de la fuerza centrífuga que empuja al aire desde la entrada del rodete hasta el final del alabe, esta velocidad originada es W, es decir la velocidad relativa del aire. Por otro lado el aire es “arrastrado” en un único sentido de giro lo que genera una velocidad tangencial, U, en la raíz y la punta del alabe. Estas dos velocidades actúan simultáneamente a la salida del alabe, y se combinan originando una velocidad absoluta del fluido, C, tanto W como C dependerán del ángulo formado por los alabes con una línea tangente en el punto de salida y la velocidad con la que sale el aire del rodete.

La importancia que tienen las turbinas y compresores en la vida diaria, ya que tienen múltiples aplicaciones además de la interesante y avanzada tecnología mecánica que está detrás de su diseño. El funcionamiento de la turbina de vapor se basa en el principio termodinámico que expresa que cuando el vapor se expande disminuye su temperatura y se reduce su energía